氮笼N10的量子化学计算研究

自从1985年碳笼C_(60)被发现以来,人们不仅努力探索合成新的碳笼烯类型,而且也努力探索合成其它的元素笼,其中包括氮笼。人们认为,与碳笼烯结构相似,氮笼中每个N原子与相邻的3个N原子直接相连,有类似碳笼的结构。并且有一系列各种水平的ab inito计算,探索了N_4,N_6,N_8,N_(20)等多面体氮笼的稳定构型性质。本文基于这些工作,在ab inito HF水平上计算研究了N_(10)3种构型的稳定性及其结构性质,并且为了比较,也同时计算了N_4,N_6,N_8的构型和性质,以期寻求潜在的N_(10)稳定构型及其相关性质。     

P12构型稳定性的理论研究

近年来,开始了磷的原子簇稳定构型的研究.H(?)ser等利用TUBOMOLE程序选择SVP基组,对P_(12)(D_(3d))构型进行了优化,提出P_(12)(D_(3d))原子簇存在的可能.除去P_(12)(D_(3d))构型外,本文进一步探索P_(12)原子簇可能存在的其他稳定构型.本文利用从头算Gaussian-92程序,选择HF/6-31G~*基组,对原子簇P_(12)(D_(6h))和P_(12)(C_(3v))进行了优化,得到了可能稳定存在的结果.为了对比,在该程序相同基组下对原子簇P_(12)(D_(3d))进行优化.对3种原子簇稳定构型进行了谐振频率计算.结合HF/6-31G~*基组下3种P_(12)原子簇稳定构型的分子轨道和自然键轨道分析,探讨了P_(12)原子簇3种构型稳定性差异的原因.对于sp~3杂化成键的磷原子簇而言,P-P-P所成键角越接近109°28′,接近该角度的数目越多,P_(12)原子簇越趋于稳定.含有空的3d轨道磷原子,在形成磷原子簇时,3d轨道的极化程序越大,P_(12)原子簇构型越趋于稳定.     

氮笼N12分子的量子化学研究

近来,人们在越来越多地进行碳笼烯的理论研究的同时,开始预测是否有同样几何结构的氮笼,1980年Volger在实验上就得到γ=380nm的N_6分子,许多理论研究已经涉及到氮笼分子,其中Bliznyuk等人在HF水平下计算了I_h对称性下的N_(20)分子的几何结构,指出N_(20)是一种子metastable分子,在N_(20)分子中的每摩尔N原子能量比10个N_2分子中的每摩尔N原子能量多出2.09×10~5J/mol,认为如果能合成出N_(20)分子,它将是一种潜在的高能量密度材料。在Leininger等人的文章中,比较了N_8的3种异构体与N_(20)和另外一类高能量密度材料O_n的分解能,指出在MP2水平下N_8分解为N_2时的分解能(每摩尔原子)比O_n分解为O_2的分解能高出2～3倍,说明N_8也是一种潜在的高能量密度材料,同时也指出由于N_8(O_h)的高势能,合成它采用普通的化学方法是行不通的,或许可以采用光化学反应,如由开链的D_(2d)对称性的N_8分子在光作用下进行[2 2]环加成反应得到。     

低压下一种新的聚合氮结构

聚合氮作为潜在的清洁高能量密度材料有望取代传统的C、H、O、N含能材料,但是已发现的聚合氮结构无法保存到常规条件下.因此,获得能够存在于近常规条件下的聚合氮结构是人们比较关心的问题.本文结合第一性原理计算和CALYPSO晶体结构预测方法对低压下氮的结构进行搜索.在30 GPa下发现了一种由氮链和类连五唑构成的聚合氮结构,其空间群为Cm.通过焓差曲线分析发现, Cm聚合氮在10～35 GPa压强范围是目前发现的聚合氮结构中最稳定的相结构,其焓值较已知的偏转立方氮(cg-N)结构、N_6和N_8结构都低.声子色散计算和弹性常数计算表明, Cm聚合氮具有晶格动力学稳定性和力学稳定性;分子动力学模拟表明, Cm聚合氮在常温下卸压到一个大气压仍保持结构稳定.这预示着高压下合成的Cm聚合氮可能被截获和保留到常温常压条件下.     

离子簇合物(N_2Ar)~+的势能面研究

近年来,由于对大气化学、反应动力学的机理探索,使对含惰性原子的离子簇合物的研究受到重视.对离子簇合物N_2~+He和N_2~+Ne等进行了电子光谱、红外光谱以及理论方面的研究.在这两个离子簇合物中,N_2~+与HeNe的作用很弱,其中的N_2~+基本保持孤立N_2~+离子的特性.Ar原子比He和Ne原子的极化率大,可变性大.可以想见,在(N_2Ar)~+中N_2~+与Ar作用更强,实际上已具有化学键的性质.本文的研究着重于体系(N_2Ar)~+的势能面,有关(N_2Ar)~+的实验研究亦在开展中.     

熔盐中Nd~(2+)和Nd~(3+)相互作用的量子化学研究

稀土金属Nd溶入NdCl_3熔盐中造成的冰点下降表明,Nd在NdCl_3熔盐中可能形成二价离子Nd~(2+)。我们用量子化学计算也肯定了这种可能性。我们以前的工作曾证明,金属溶入熔盐中常形成原子簇离子。为了判明Nd~(2+)是否可能与周围的Nd_(3+)形成原子簇离子,我们用量子化学SCF DVX_α方法研究Nd~(2+)和Nd~(3+)     

DNA电子结构和磁性研究

用自旋极化的MS-Xa方法研究了DNA碱基中折叠构型的六环N2C4原子簇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究发现, 在系统的基态(-7.01635´10³ eV)附近, 至少还存在着4个亚稳态: -7.01626´10³, -7.01616´10³, -7.01606´10³和-7.01597´10³ eV. 它们的电子结构不尽相同, 呈现出不同的物理性质. 结果表明, 该原子簇在基态时呈现出具有弱反铁磁性的金属性质, 而在第一亚稳态时, 该原子簇呈现出具有亚铁磁性的半金属性质. 在费米面附近, 折叠构型的六环N₂C₄原子簇的电子态密度分布与某些磁性半导体的电子态密度分布非常相似.     

{[Et_4N]_3[Mo_2FeS_6(SCH_2CH_2S)_2}_4·CH_3CN簇合物的合成、结构和性质研究

利用EXAFS光谱分析、钼铁蛋白、钼铁辅因子与钼铁硫多核模拟物比较,其钼的周围具有相似的笼型结构,从而推测固氮酶的活性中心,很可能是一类钼铁硫原子簇化合物。因此模拟固氮酶的活性中心——钼铁硫簇合物的合成、结构和性质研究将引起人们极大兴趣。本文报道{[Et_4N]_3[Mo_2FeS_6(SCH_2CH_2S)_3]}_4·CH_3CN簇合物的合成、结构和性质研究。     

原子簇络合物[(C_4H_9)_4N]_2[Mo_2S_6O_2]的合成、结构和性质研究

钼是经常在生物酶中存在着金属元素之一,它在某些生物体系中很可能以某种原子簇的形式构成活性中心,例如固氮酶活性中心就是由钼铁硫组成的原子簇。Newton等人用EXAFS方法对铁钼辅基中钼的微环境的研究,发现与钼原子相距2.01处有氧原子配位。因此,我们企图合成钼原子有端基氧配的钼铁硫簇合物。在相类似合成条件下,改变不同的甲醇钠的浓度,得到了两种不同类型的簇合物,即[(C_2H_5)_4N]_3·[Fe(MoS_4)_2O_2和[(C_4H_9)_4N]_2[Mo_2S_6O_2]。本文报道[(C_4H_9)_4N]_2·[Mo_2S_6O_2]的合成、结构和性质研究。     

MoS4Ag2(PPh3)3和MoS4Cu2Ag(PPh3)3Br的固相合成及非线性光学性能

在无机氧化物及含氧酸盐、半导体材料、有机化合物、聚合物和金属有机化合物等领域近年来关于非线性光学材料的研究引起人们的广泛兴趣。原子簇化合物由于其特有的结构与性能特点,它们实际上是一类具有广泛应用前景的非线性光学材料。我们的实验发现,Mo(W)-Cu(Ag)-S簇合物呈现出很强的三阶非线性光学效应,特别是一些含银的簇合物的光限制能力超出C~(60)的2～3倍。我们已对蝶状、离子型类立方烷、鸟巢状和双鸟巢状,六棱柱状及二十核超笼状簇合物等Mo(W)-Cu(Ag)-S簇合物的非线性光学性研究作了报道。在这些报道中有关铜的簇合物较多,而银的相对较少。本文报道直链状簇合     

有限温度静态层子势

在有限温度场论中,层子禁闭(非禁闭相变)和手征对称性破缺(回复相变)的研究,一直是人们所关心的问题。大量的格点近似计算已经表明这两种相变点的存在,但是这两种相变点是否重合?如不重合,哪个大?哪个小?这些问题还不清楚。有限温度场论的解析计算表明,     

对向靶溅射氮化铁梯度薄膜

氮化铁薄膜具有优异的磁性能,同时又具有良好的耐腐蚀性,是一种优异的高密度磁记录磁头材料.目前已广泛确认的氮化铁系化合物共有4相,分别是α″-Fe_(16)N_2,γ′-Fe_4N,ε-Fe_xN(2≤x≤3)和ζ-Fe_2N.它们的磁矩和Curie温度随含氮量的增加而降低.Fe_(16)N_2在已发现的磁性材料中具有最高饱和磁通密度(2.8～3.0T),Fe_4N和Fe_xN(2≤x≤3)则分别为1.7和1.4T,Fe_2N在常温下为非磁性.铁氮化合物随着含氮量的增高,耐腐蚀性越来越好.作为高密     

缺陷型石墨相氮化碳光催化剂的制备与应用研究进展

半导体光催化剂是解决环境污染和能源危机的有效途径之一.石墨相氮化碳(g-C_3N_4)作为一种新兴的高效催化剂,具有较好的稳定性,在光催化技术中展现出巨大的工程应用潜力.然而,未经改性的g-C_3N_4可见光响应范围有限,并且光激发电荷载流子复合速率高,从而导致光催化活性较低.通过向g-C_3N_4中引入缺陷,可以扩展光响应区域,并作为电子空穴激发的活性中心,提高光催化性能.本文在实验和理论研究进展的基础上,系统地综述了缺陷g-C_3N_4的合成方法、缺陷位点对g-C_3N_4的影响以及其在水处理中的应用,如抗生素、有机农药的降解及降低重金属毒性等处理方面,还有在水分解、二氧化碳转化及光催化脱氮上的应用.最后,针对缺陷g-C_3N_4应用所面临的挑战,本文从机理探索和材料开发两方面提出了展望.     

离子束辅助沉积碳氮薄膜的结构与性能

β-C_3N_4是人们根据理论计算而设计的一种目前在自然界尚未发现的新材料.β-C_3N_4具有类似于β-Si_3N_4化合物的晶体结构,其中碳原子为SP~3杂化结构,而氮原子呈现SP~2键原子组态.根据理论模型计算分析,β-C_3N_4应该有比金刚石更大的弹性模量和更高的硬度.β-C_3N_4所具有的结构与性能特征已引起了人们广泛的兴趣,对它将来的开发应用进行预测表明,β-C_3N_4化合物薄膜可望形成优于金刚石的既硬又光滑的新型膜系材料,并且有可能在航空航天等高技术领域获得重要的应用.     

三元Zn(UTP)L2-配合物分子内芳环间堆积作用

<正>经典铂抗癌药物的作用机理可根据其对肿瘤细胞DNA的双齿、双功能作用导致DNA的复制受阻来解释.最近又发现一类新的具有通式cis-[Pt(NH₃)₂(N-het)Cl]Cl(N-het是类吡啶芳香氮碱配体)的化合物具有良好的抗癌活性,但对这类抗癌药物提出了两种可能的作用机理.一种是先脱去1分子氨,然后在体内产生活性体cis-[Pt(NH₃)(N-het)]²⁺,另一种是单功能键合到 DNA上而 N-het作为一个插入基团起作用.然而,最新的实验事实排除了第一种机理,而第二种键合和插入机理又未被实验所证实.因此,研究三元配合物M(UTP)(N-bet)^2-分子内芳环间堆积作用有可能对这种机理提供有用的信息.本文用pH电位滴定法研究了三元Zn(UTP)L^2-配合物(UTP^4--5’-三磷酸尿苷,L-苯并咪唑(Bi)或异喹啉(Iq))的稳定性,与咪唑(Im)相关三元配合物稳定性比较并结合¹H NMR研究结果,表明在所研究的三元配合物分子中存在着明显的芳环堆积作用.     

一种银(Ⅰ)配合物反铁磁性耦合机理的分子轨道研究

采用密度泛函理论结合对称性破损方法, 研究了一种氮氧自由基Ag(Ⅰ)配合物的反铁磁性耦合机理. 通过磁性-结构相关性研究和单占据分子轨道分析表明, 氮氧自由基间存在通过Ag(Ⅰ)离子的反铁磁性超交换耦合, Ag(Ⅰ)离子在其中起到了重要的桥梁作用. 自旋集居数显示, 沿ONCNO-Ag- ONCNO链有弱的自旋离域, 同时也表明了其反铁磁性超交换耦合路径的存在. 研究还发现, Ag(Ⅰ)与氮氧自由基中氧原子的Ag—O键的确为具有明显离子特性的非典型共价键, 正是通过此键引发了氮氧自由基间的反铁磁性耦合.     

双核片状Mo-Fe-S原子簇的定域化研究

固氮酶的活性中心与Mo-Fe-S原子簇有关。人们已经合成了一系列的Mo-Fe-S原子簇化合物,并且对其进行了各种近似程度的量子化学研究,但是至今还缺少对化学键性质的直接计算研究。本文将通过对[S_2MoS_2FeCl_2]~(n-)(n=2,(1a);n=3,(1b))和[S_2MoS_2Fe(NO)_2]~(2-)(2)的正则和定域分子轨道的计算研究,直接得到分子中的化学键性质,配体的配位电子数,从而验证其电子结构规则。     

五元环和六元环夹心化合物的电子构型

本文应用局部对称性的方法,利用简单分子轨道理论,研究了金属有机五元环和六元环多层夹心化合物的化学键性质,得到了这类化合物的稳定电子构型.本文提出价电子总数等于6(2n 1) 4t的一般规律,预示了多层夹心化合物的可能的稳定电子构型.     

化学的前沿—簇合物和光化学

最近在新奥尔良举行的美国科学发展协会(AAAS)年会上,"化学的前沿"专题讨论会的两个主题就是簇合物化学和光化学.过渡金属、碳和硅原子簇化合物为化学家们研究固体表面特性提供了强有力的新工具.在许多实验中,     

评《过渡金属原子簇化学的新进展》

卢嘉锡教授著的《过渡金属原子簇化学新进展》(福建科学技术出版社出版)问世了(它的英文版 Some New Aspects of TransitionMetal Cluster Compounds即将由科学出版社出版).全书约65万字,这部专著主要由理论和实验两部分内容组成,第一章结论对本书作了全面概述 第一部分——第二章至第五章为理论部分,其中第二章系统总结了国内外化学家对原子簇化合物,特别是过渡金属原子簇化合物的结构规律,这些规律从不同角度揭示了金属原子簇的内在结构规律性,使读者能对这些规律及其发展概况有比较全面的了解.第三章介绍了簇合物合理合成的“活性元件组装理论”,它是本书作者多年科学实践中开始提出的“元件组装设想”,经过反复实验验证之