Zr(F~3)与2-丁炔分子自旋禁阻反应C—C,C—H键活化机理的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法研究了单重态和三重态势能面自旋禁阻反应Zr活化2-丁炔分子的C—C和C—H键的反应机理.通过自旋-轨道耦合的计算讨论了势能面交叉点和可能的自旋翻转过程.反应从基态三重态开始,在活化C—C键的反应过程中出现了自旋态的改变,使得过渡态3 T4g的活化能垒从-3.58降到-10.60kJ·mol-1.在MECP4处,单重态和三重态间的自旋-轨道耦合常数为146.10cm-1,反应发生有效的系间窜越,从三重态跃迁到单重态势能面,反应势垒有所下降.     

细胞色素模拟化合物氯化铁卟啉的密度泛函计算研究

用密度泛函B3LYP方法在STO-3G*和6-31G*水平对铁卟啉分子Fe(TPP)Cl和Fe(TPPF20)Cl进行了计算研究,对它们的量子化学参数进行了分析.两个铁卟啉分子的最高占有轨道结构相似,电子和自旋在卟啉环与Fe原子之间的转移是由于Fe-卟啉环间的π键和π键相互作用引起的.根据计算的相关数据和分子轨道特征分析了铁卟啉活性中心的性质并讨论了其催化活化分子O2的机理.     

自旋多重度对铬分子结构的影响(英文)

用Gaussian 03中两种不同的杂化密度泛函方法分别优化了铬分子在多种自旋多重度下的分子结构,并计算了相应分子结构的总能量、平衡键长和谐振频率,确定了铬分子的基态结构。考虑自旋多重度后,铬分子的基态结构为11重态。计算结果表明自旋极化存在于铬分子当中,自旋多重度对铬分子结构的影响非常明显,特别是谐振频率。自然成键轨道分析表明有10个自旋平行电子存在于铬分子并占据3d轨道,这与铬分子的基态为11重态相一致。     

自旋相关自由基对电子极化机理的理论计算

利用自由基对自旋哈密顿，考虑自由基对自旋三重态中的态与自旋单重态的相互作用，理论上计算了自旋相关自由基对的能级及其波函数，并从密度矩阵运动计算了动态电子极化跃迁的度。     

金属串配合物[CoMCo(dpa)4(NCS)2](M=Co,Ni,Pd,Pt)结构和自旋过滤性质研究

应用密度泛函理论B3LYP方法对金属串配合物[CoMCo(dpa)4(NCS)2](1:M=Co, 2:M=Ni, 3:M=Pd, 4:M=Pt; dpa=dipyridylamide)的成键性质和自旋过滤效应进行了研究,结果表明:配合物1的基态为二重态,Co36+金属链形成三中心三电子键(2nb1*0);而配合物2~4的基态均为反铁磁耦合单重态(AF态),对应的最低能量高自旋态(HS态)分别为三重态、七重态和七重态,单电子分布在两端Co原子上,[CoMCo]6+链具有三中心四电子键(2nb1*1)。由分子轨道能级图和PDOS图分析得到配合物1~4均具有自旋过滤效应,电子传输通道主要为-自旋nb轨道,与费米能级的距离大小为1234。电场作用下,1~4的高电势端Co2―N4键增长而低电势端Co3―N7键缩短,Co―M平均键长略为缩短,Co―M键增强;电场作用下金属原子的自旋密度和电荷密度变化很小,电磁性质稳定;电场作用下nb轨道分布仍保持沿金属轴方向离域,LUMO-HOMO能隙减小,有利于电子输运。     

金属卟啉类化合物特性及光催化机理与应用研究

概述了卟啉及金属卟啉类化合物的合成、性质及相关应用,重点综述了卟啉及金属卟啉类化合物的光电特性和光电化学性质,包括光致电子转移、光激发能量转移和高价金属卟啉氧化物种形成等,归纳了其光催化作用机理,包括光致电子转移产生的对分子氧的活化机理（超氧阴离子自由基机理）、光激发能量转移导致基态三线态氧活化产生的单线态氧机理和高价氧化物种对分子氧和H2O2的活化产生具有高氧化活性自由基机理,并对异相光催化体系及光催化应用作了概括.     

氧对a—Si：H的性质的影响

使用N_2O作为掺杂剂将氧掺入GD a——Si∶H中,研究了氧对a—Si∶H的电学和光学性质的影响。结果表明,氧的加入使电导率降低,电导激活能和光学带隙增大,电子迁移率下降,隙态密度增大。     

不同共轭桥的氮氧双自由基分子NLO性质的DFT研究

采用密度泛函理论(DFT)UB3LYP/6-31G(d,p)方法对不同共轭桥的氮氧双自由基分子4个体系的非线性光学(NLO)系数进行了计算.结果表明:所有体系单重态为稳定的基态,与自旋极化规则一致;4个体系的极化率在单重态时较大,三重态时较小;体系a,b和c在单重态与三重态的二阶超极化率与极化率规律相同,而具有垂直稳定构型的体系d,由于强的反铁磁性耦合体现出三重态时具有较大的二阶超极化率.     

团簇Ni4P的催化性质和磁性

以团簇Ni4P作为二元体系Ni-P非晶态合金的局域结构,采用密度泛函理论,在B3LYP/Lanl2dz水平下分别对不同重态下的构型进行优化计算,从HOMO、LUMO轨道贡献、各轨道未成对电子数、磁矩和自旋态密度角度分析发现:Ni、P原子对轨道贡献率受空间结构的影响,但受自旋多重度的影响极小;Ni原子是前线轨道的主要贡献者,P原子对其贡献亦不可忽略,说明催化活性是以Ni原子为主,P原子为辅所提供,且Ni原子最可能为团簇Ni4P的催化活性位点;构型1(4)～2(2)的磁性由d轨道上的自旋向上的α电子贡献,且四重态贡献较二重态更为显著,构型3(4)～3(2)的磁性主要由p轨道贡献;构型1(4)的磁矩分布范围最大,构型2(4)的磁矩分布次之;电子自旋具有不确定性,导致其α、β电子发生部分偏转.     

并苯配体夹心体系Ti_n(n-acene)_2的分子结构及金属-金属键的理论研究

基于B88P86/ZORA-TZP理论方法,研究并苯配体夹心多金属体系。优化Ti_n(n-acene)_2(n=2,3,4)的各种可能的分子结构,并考虑电子多重度,讨论分子的稳定性。根据分子轨道特性和三重态下的自旋密度分布等,分析各稳定构型的电子结构。计算Ti—Ti原子间的Mayer、Wiberg、Nalewajski-Mrozek键级指数,并辅以NPA、AIM计算的钛原子电荷,着重讨论Ti—Ti原子间的成键情况。所有Ti_n(n-acene)_2(n=2,3,4)体系中相邻金属原子间的Ti—Ti键基本都为单键,部分情况具有双键特性。D_(2h)Ti_3(An)_2(Singlet)中三个钛原子间存在明显的电子离域特性。此类分子有望用于电子或自旋电子输运方面的材料开发。     

RN3解离反应中交叉点构型及电子密度拓扑分析

采用CASSCF(10,8)/3-21G方法优化了CH3N3,CH3CH2N3,(CH3)2CHN3和(CH3)3CN3单重态和三重态解离过程中交叉点的几何构型.4个反应中的交叉点的几何构型参数比较接近.采用电子密度拓扑分析方法计算了交叉点的电子密度拓扑性质.研究发现:交叉点在单重态和三重态途径上N(2)-N(3)键的特性变化较大,在三重态反应途径上N(2)-N(3)键更容易断裂.     

A spin triplet supercurrent through the half-metallic ferromagnet CrO2

In general, conventional superconductivity should not occur in a ferromagnet, though it has been seen in iron under pressure. Moreover, theory predicts that the current is always carried by pairs of electrons in a spin singlet state, so conventional superconductivity decays very rapidly when in contact with a ferromagnet, which normally prohibits the existence of singlet pairs. It has been predicted that this rapid spatial decay would not occur if spin triplet superconductivity could be induced in the ferromagnet. Here we report a Josephson supercurrent through the strong ferromagnet CrO2, from which we infer that it is a spin triplet supercurrent. Our experimental set-up is different from those envisaged in the earlier predictions, but we conclude that the underlying physical explanation for our result is a conversion from spin singlet pairs to spin triplets at the interface. The supercurrent can be switched with the direction of the magnetization, analogous to spin valve transistors, and therefore could enable magnetization-controlled Josephson junctions.     

团簇Co_xFe_yB_2的催化活性位点

为了深入研究Co-Fe-B体系的催化性质,利用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/Lan12dz水平下,分别对团簇Co2Fe B2和Co Fe2B2的十余种可能存在的构型进行全参数优化计算和频率验证,通过比较Co和Fe原子比例的不同,得出如下结论:在团簇Co2Fe B2中,单重态的Co原子在HOMO的贡献大于Fe原子,三重态Fe原子在HOMO的贡献大于Co原子,Co和Fe原子都是其潜在的催化活性位点;在团簇Co Fe2B2中,Fe原子在HOMO和LUMO的贡献均大于Co原子,而且Co和Fe原子在HOMO和LUMO变化有此消彼长之势,Fe是主要的催化活性位点。     

均双核配合物Co(Ⅱ)-Co(Ⅱ)的密度泛函研究

用密度泛函方法,在ROB3LYP/SDD//ROB3LYP/LANL2MB水平上,对Co(Ⅱ)-Co(Ⅱ)均双核配合物进行了理论计算,优化得到了它的单、三重态的平衡几何构型,计算了它们的谐振动频率.结果表明:配合物分子的三重态比单重态稳定,电子自旋布居高度集中在两Co原子上,体系中存在较弱的自旋离域效应.配合物的磁轨道分析表明:体系的铁磁性耦合作用主要来自于d-π*-d反键的超交换作用.     

气相中Ir^＋与CH4分子自旋禁阻反应中C—H键活化机理的理论研究

采用密度泛函理论和高级电子相关耦合簇方法,在CCSD（T）/6-311＋＋G（3df,3pd）//B3LYP/6-311＋G（d,p）的理论水平下,研究了3个自旋态势能面上自旋禁阻反应Ir^＋（^5F）＋CH4（^1A1）→IrCH2^＋（3A″）＋H2（1Σg^＋）的微观机理,通过自旋-轨道耦合的计算,讨论了势能面交叉和可能的自旋翻转过程.结果表明,Ir^＋与CH4的反应中不同势能面之间的“系间窜越”（ISC）将会发生,分子体系通过3次自旋翻转沿着热力学最有利的反应路径进行,最优的反应路径总放热量为44.64 kJ/mol.运用Harvey等的方法优化出最低能量交叉点（MECP）,并计算了MECP处相应的自旋-轨道耦合常数（SOC）,分别为346.95,2 545.62,2 990.98 cm^-1,较大的SOC值说明了自旋翻转是有效的.     

团簇Co_2FeBP的磁性

对团簇Co2Fe BP中Co、Fe原子的平均磁矩进行研究分析,结果表明:Co、Fe原子的平均磁矩均小于其理论计算值和实验观测值,B、P原子的引入降低了Co、Fe的磁性;多重度对Co、Fe原子的平均磁矩影响较大,但对其改变量大致相同;随着各构型稳定性的降低,在单重态下,Co、Fe原子的平均磁矩出现振荡性变化,在三重态下,Co原子的平均磁矩呈振荡性,而Fe原子呈单峰状;Co原子的平均磁矩在不同多重度下均变化不大,这与文献报道相一致;构型4(3)的Co原子平均磁矩最大,构型3(3)的Fe原子平均磁矩最大。     

Kondo effect in an integer-spin quantum dot

The Kondo effect--a many-body phenomenon in condensed-matter physics involving the interaction between a localized spin and free electrons--was discovered in metals containing small amounts of magnetic impurities, although it is now recognized to be of fundamental importance in a wide class of correlated electron systems. In fabricated structures, the control of single, localized spins is of technological relevance for nanoscale electronics. Experiments have already demonstrated artificial realizations of isolated magnetic impurities at metallic surfaces, nanoscale magnets, controlled transitions between two-electron singlet and triplet states, and a tunable Kondo effect in semiconductor quantum dots. Here we report an unexpected Kondo effect in a few-electron quantum dot containing singlet and triplet spin states, whose energy difference can be tuned with a magnetic field. We observe the effect for an even number of electrons, when the singlet and triplet states are degenerate. The characteristic energy scale is much larger than in the ordinary spin-1/2 case.     

自旋三重态超导

超导体中的库珀对通常是由一对自旋相反总自旋为零(自旋单态)的电子组成.然而,在某些特殊情况下,超导体中的库珀对可以是自旋三重态,这类超导体被称之为自旋三重态超导体.自旋三重态超导是非常罕见的量子现象,在已经发现的上万种超导体中,仅有几个超导体可能具有三重态配对.近几年,随着拓扑物态研究的深入,三重态超导体因为可能是拓扑超导的载体而越来越多地引起关注.本文简要地总结了几类可能的自旋三重态超导体的物理性质.     

Structure and reactivity of a mononuclear non-haem iron(III)-peroxo complex

Oxygen-containing mononuclear iron species--iron(III)-peroxo, iron(III)-hydroperoxo and iron(IV)-oxo--are key intermediates in the catalytic activation of dioxygen by iron-containing metalloenzymes. It has been difficult to generate synthetic analogues of these three active iron-oxygen species in identical host complexes, which is necessary to elucidate changes to the structure of the iron centre during catalysis and the factors that control their chemical reactivities with substrates. Here we report the high-resolution crystal structure of a mononuclear non-haem side-on iron(III)-peroxo complex, [Fe(III)(TMC)(OO)](+). We also report a series of chemical reactions in which this iron(III)-peroxo complex is cleanly converted to the iron(III)-hydroperoxo complex, [Fe(III)(TMC)(OOH)](2+), via a short-lived intermediate on protonation. This iron(III)-hydroperoxo complex then cleanly converts to the ferryl complex, [Fe(IV)(TMC)(O)](2+), via homolytic O-O bond cleavage of the iron(III)-hydroperoxo species. All three of these iron species--the three most biologically relevant iron-oxygen intermediates--have been spectroscopically characterized; we note that they have been obtained using a simple macrocyclic ligand. We have performed relative reactivity studies on these three iron species which reveal that the iron(III)-hydroperoxo complex is the most reactive of the three in the deformylation of aldehydes and that it has a similar reactivity to the iron(IV)-oxo complex in C-H bond activation of alkylaromatics. These reactivity results demonstrate that iron(III)-hydroperoxo species are viable oxidants in both nucleophilic and electrophilic reactions by iron-containing enzymes.