不同烷基链长的吗啉型离子液体结构性能的理论研究

用密度泛函理论在B3LYP/6-31G*的计算水平上研究了不同烷基链长的氯代N-甲基吗啉.通过计算可知,N甲-基乙基吗啉与1个Cl-形成的离子液体主要有3种构型(mon型、nop型和orth型)6种位置.每个位置形成了3个氢键,其中与吗啉环上的氢形成的氢键最强,键长最短.吗啉环上甲基或乙基上的H原子和Cl-形成相对较弱的氢键相互作用,有利于增强离子对的稳定性.对于N-甲基乙基吗啉、N-甲基丙基吗啉和N-甲基丁基吗啉,随着烷基链的增长,Cl-与吗啉环上的H原子形成的氢键键长逐渐增大,Cl原子与不同链长烷基取代基N-甲基吗啉结合的能力减弱.     

氨基酸离子液体的理论研究:结构、分子间相互作用及碱性

利用密度泛函理论,对6种氨基酸阴离子和不同链长咪唑阳离子形成的离子液体的结构、阴阳离子间相互作用以及碱性进行理论研究。优化得到5种稳定构型,并且阴阳离子间存在2种氢键。利用分子中的原子理论(AIM)、非共价键相互作用理论(NCI)及自然键轨道理论(NBO)进行分析,结果显示阴离子羰基中的O与H(C2)能形成更强的氢键且具有一定的共价性质。利用最负表面静电势(V_(s.ming))和平均局部离域化能(I_(s.ming)),在微观水平上对氨基酸离子液体的碱性进行分析,发现当引入氨基或羟基到阴离子中时,离子液体的碱性变强。     

氯化烷基季铵盐离子液体结构性质的密度泛函计算

采用密度泛函方法计算了氯化烷基季铵盐离子液体中阴阳离子的几何构型、净电荷、振动频率和结合能等。结果表明,阳离子的最低未占有轨道（LUMO）主要由氢和氮原子的s轨道所贡献,Cl4^-的最高占有轨道（HOMO）主要由氯原子的2p轨道所贡献。烷基季铵盐阳离子的LUMO与阴离子的HOMO相互作用形成离子液体。     

1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的密度泛函研究

本文采用密度泛函理论B3LYP方法在6-31G(d)水平上,用Gaussian03程序对1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体进行了理论计算,几何优化得到两种旋光异构体,通过计算得到电荷分布、热力学参数、振动频率以及分子轨道参数,对优化结构的电荷特性、热力学性质、振动特性、分子轨道进行了综合分析。结果发现有一部分电荷从阴离子转移到阳离子,阴阳离子间共形成了5对氢键,使阴阳离子间的静电作用减弱,这是导致离子液体熔沸点低的一个重要原因;咪唑环上与甲基相连的N原子与甲基上H原子也有相互作用,此作用会影响到阴阳离子间的静电作用与氢键作用的强弱变化趋势,并且红外吸收比较强的C-H键都参与了氢键的形成。     

氯化胆碱离子对几何及电子结构的量子化学研究?

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/6—31G(d,p)水平上研究氯化胆碱离子对的几何与电子结构。共有四种稳定离子对构型被发现。在稳定离子对结构中,Cl-离子倾向与阳离子形成多重稳定氢键。阴阳离子间的氢键相互作用主要通过Cl-离子的LPCl轨道和阳离子的σ*C-H,或σ*O-H轨道间的相互作用完成。研究发现这种σ相互作用很弱,由此判断阴阳离子间大的相互作用能并不是单纯的氢键作用能,还包含阴阳离子间静电作用能的贡献;而且是主要贡献。阴阳离子间大的相互作用能还为氯化胆碱的高熔点提供了解释。     

烷基咪唑离子液体与甲苯相互作用的理论研究

在密度泛函理论中的B3LYP/6-31G（d,p）水平上研究了1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIM][BF4]）离子液体与甲苯相互作用的微观机制.研究结果表明,[EMIM]＋和[BF4]-离子对有两种稳定的构型,存在强的氢键及静电作用,[BF4]-离子靠近咪唑环2位H的构型比[BF4]-离子靠近咪唑环4、5位H处的构型稳定.甲苯与这两种构型的[EMIM][BF4]离子对形成π配位作用的分子复合物,咪唑环2位H对甲苯的吸附作用比咪唑环4、5位H对甲苯的吸附作用强,2位H表现出更高的活性.离子液体的存在能有效地降低甲苯的前线轨道能级差,表明甲苯在离子液体环境中更易发生催化反应.     

基于量化计算的生物炭与苯酚弱相互作用机理研究

芳香族化合物在生物炭表面的分子行为、特别是弱相互作用机制尚不清楚.为揭示生物炭-苯酚间弱相互作用机制，本文采用等温吸附、吸附动力学实验，结合FT-IR表征，应用密度泛函理论(DFT),分析生物炭与苯酚分子间不同吸附构型的结合能、约化密度梯度(RDG)和电子密度拓扑关系.结果表明：等温吸附经72 h达平衡，pH显著影响饱和吸附量，pH=6时吸附量最大；生物炭表面官能团是吸附作用中心，吸附焓(ΔH)始终处于氢键键能范围内；4种吸附构型(A/B/C/D)的弱相互作用均由范德华力和弱氢键共同主导，B构型结合能最低、最稳定，C构型弱相互作用最强，D构型弱相互作用最弱.     

阳离子对阴离子型表面活性剂影响的分子模拟研究

使用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G水平上,对十二烷基磺酸盐阴离子表面活性剂与阳离子(K+)形成的离子对进行结构优化,得到稳定的几何构型,进而从分子水平研究阴离子表面活性剂与阳离子之间的相互作用.计算结果表明,阳离子与表面活性剂的氧原子形成稳定离子构型,与阳离子结合后表面活性剂的极性头电荷减少从而降低了极性头间的排斥作用.进而利用介观层次的耗散粒子动力学,研究了阳离子加入对表面活性剂溶液体系表面张力的影响,结果表明,阳离子可显著降低阴离子型表面活性剂的临界胶束浓度,并提高其降低表面张力的效率.     

咪唑类离子液体与乙腈相互作用的阴离子效应Ⅰ.体积和粘度

室温离子液体作为一种新型的可设计溶剂和功能电解质,广泛应用于有机合成、分离技术、先进材料制备、电化学研究等方面^[1,2],成为目前研究的热点问题之一．在含离子液体的混合体系中,除了离子液体阴、阳离子之间的相互作用外,阴、阳离子与溶剂分子的相互作用也是决定离子液体性质的重要因素．而离子液体的阴离子的溶剂化行为可显著影响离子液体在催化和反应过程中的活性．因此,更深层次地研究离子液体阴离子的溶剂化,明确阴离子与溶剂分子相互作用的本质,     

咪唑类离子液体中π-π弱相互作用的理论研究

<正>作为新型可设计绿色溶剂和功能软材料,离子液体的种类繁多,结构多变,只有掌握其结构与性质之间的关系或规律,才可以有目的的设计或合成新型功能化的离子液体,实现特定的需求.离子液体的许多性质(如沸点、熔点等)均和离子液体中阴阳离子之间的非键弱相互作用密切相关[1].人们普遍认为这种弱相互作用以阴阳离子之间的静电吸引(包括常规氢键)为主,对于其它类型作用力则缺乏直接证据,尚存争议.特别是在常见咪唑类离子液体阳离子之间是否可能存在阳离子-阳离     

系列小分子与碱基尿嘧啶间氢键相互作用的理论研究

核酸碱基尿嘧啶分子可以使用3个不同位点与其他分子形成多种类型的分子间氢键.笔者使用密度泛函理论B3LYP/6-31＋G（d,p）方法优化得到了系列小分子与尿嘧啶分子形成的31个氢键复合物的稳定结构,进而使用MP2/aug-cc-pVTZ方法计算了这些氢键复合物的结合能.研究结果表明,尿嘧啶分子更倾向作为氢键给体与小分子形成氢键.尿嘧啶分子最易使用1号位点与小分子形成氢键复合物,最不易使用2号位点形成氢键复合物.甲基取代小分子氢键受体上的氢原子会使氢键强度变强.为了深入理解这些氢键复合物体系中氢键作用的本质,还使用B3LYP/6-31G（d,p）方法进行了自然键轨道（NBO）分析计算.自然键轨道（NBO）分析表明,大部分氢键复合物满足二阶相互作用稳定化能之和越大,结合能绝对值越大,结合得越稳定的原则,说明共价作用在这些氢键作用中起重要作用.     

糠醇树脂裂解过程中呋喃环的开环机理研究

糠醇树脂在高温炭化过程中的结构演变,对其在高温下的结构/性能稳定性具有极为重要的影响。本文基于密度泛函理论方法,利用Gaussian09程序包,过QST2(Quadratic Synchronous Transit)和IRC(Intrinsic Reaction Coordinate）等方法,研究了糠醇树脂在单呋喃环,双呋喃环,以及三呋喃环等不同层次结构单元的开环裂解反应路径。此外,在B3LYP/6-31G**水平下对开环过程中的各种结构进行优化,并在MP2/6-31G**水平下计算各结构的单点能,进而比较了各种反应路径的活化能。结果表明：位于呋喃环间的亚（次）甲基桥上的氢原子较为活泼,易形成氢自由基。伴随着氢自由基向呋喃环上的碳原子的迁移,呋喃环开环。而氢自由基的迁移主要表现出两种方式：(1) 如产生的氢自由基与呋喃环上的氧原子较近,则先与氧原子相结合形成羟基,并导致呋喃环的开环;然后再从氧原子上迁移到碳原子上,从而形成链式的酮结构,此方式要经过两个过渡态和一个中间体才能完成开环。以这种方式开环需要的活化能相对较小。(2) 当氢自由基与呋喃环上的氧原子较远,则直接迁移到碳原子形成C—H键。该过程只经过一个过渡态即完成呋喃环的开环。此外,通过能量比较发现：有水参与的开环反应活化能,要低于无水参与的开环反应活化能;而随着呋喃环的增多,开环反应的活化能逐渐增大。     

碱基与氨基酸二肽间的氢键相互作用

对于碱基-蛋白质之间的相互作用,氢键的形成及断裂起着重要的作用.选取7种氨基酸二肽和3种碱基,以它们之间形成单根氢键的体系为研究对象,在ab initioB3LYP/6-311++G(d,p)水平下进行结构优化,MP2/6-311++G(d,p)水平下进行能量的计算.同时应用ABEEMσπ/MM方法优化结构和计算能量.通过改变氢键相互作用区域的静电相互作用参数kH-bond和形成氢键的氢原子与其受体原子的孤对电子之间距离Rlp,H来拟合函数kH-bond(Rlp,H).用所得函数对选取的复合物进行结合能计算,其结果与ab initio方法所得的结果符合的很好.     

四聚甲基锂Li4(CH3)4的电子结构的量子化学研究

用Gaussian98W程序对四聚甲基锂Li4(CH3)4的电子结构作了量子化学计算,根据分子轨道能级、电子密度集居数分析、原子电荷、化学键键级等对Li4(CH3)4的缺电子多中心键的特点进行了理论解释.计算表明在Li4(CH3)4中每个碳原子与4个锂原子形成化学键,与一个距离较远的锂原子形成化学键的键级高于与3个距离较近的锂原子的键级,生成不对等的5中心2电子键(5c-2e);四聚甲基锂中Li-C键的平均键级是0.3749,平均键能为132.1kJ/mol.     

团簇CrPS4催化析氢密度泛函研究

为了探究团簇CrPS₄的催化析氢能力,依据拓扑学原理,利用密度泛函理论,采用B3LYP泛函和def2-tzvp基组,运用Gaussian09量子化学软件对团簇CrPS₄的基础构型分别在二重态和四重态下进行优化运行,获得16种稳定构型,其中10种构型在吸附氢原子后能够稳定存在。从前线轨道理论、HOMO-LUMO轨道能级差以及键级方面对团簇CrPS₄的10种构型的吸附与解吸能力进行探究,结果表明：在团簇CrPS₄中,S原子为主要活性位点;在结合氢原子后,相对于二重态构型,四重态构型的稳定性较高,催化活性较强,更适合用于催化析氢;团簇CrPS₄的催化析氢能力因构型不同而异,在与水反应形成(CrPS₄)—H构型的过程中,构型4⁽(4))吸附氢原子的能力最强,而在解吸过程中,构型7⁽(2))更占优势;构型8⁽(4))的综合析氢能力在10种构型中最强,其次为构型5⁽(4))和6     

Interaction between liquid water and hydroxide revealed by core-hole de-excitation

The hydroxide ion plays an important role in many chemical and biochemical processes in aqueous solution. But our molecular-level understanding of its unusual and fast transport in water, and of the solvation patterns that allow fast transport, is far from complete. One proposal seeks to explain the properties and behaviour of the hydroxide ion by essentially regarding it as a water molecule that is missing a proton, and by inferring transport mechanisms and hydration structures from those of the excess proton. A competing proposal invokes instead unique and interchanging hydroxide hydration complexes, particularly the hypercoordinated OH(-)(H(2)O)(4) species and tri-coordinated OH(-)(H(2)O)(3) that can form a transient hydrogen bond between the H atom of the OH(-) and a neighbouring water molecule. Here we report measurements of core-level photoelectron emission and intermolecular Coulombic decay for an aqueous hydroxide solution, which show that the hydrated hydroxide ion is capable of transiently donating a hydrogen bond to surrounding water molecules. In agreement with recent experimental studies of hydroxide solutions, our finding thus supports the notion that the hydration structure of the hydroxide ion cannot be inferred from that of the hydrated excess proton.     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

含氮配体构筑的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)配合物的合成与结构研究

采用溶液合成方法,合成出2种新颖的铅和镉配合物[Pb(bipy) (NO3)(H2O)]·NO3(1)和[Cd(phen)2 (NO3)2](2)(phen=1,10-邻菲啰啉,bipy=2,2′-联吡啶).对它们进行了元素分析、红外光谱表征,并通过X射线单晶衍射测定了配合物的单晶结构.X射线单晶结构解析表明:配合物1属单斜晶系,P2(1)/n空间群,中心金属Pb(Ⅱ)为4配位;配合物2也属单斜晶系,Cc空间群,中心金属Cd(Ⅱ)为6配位;配合物1通过分子间氢键形成2D层状结构,而配合物2通过分子间氢键连接形成3D超分子结构.     

铝掺杂富勒烯储氢研究:氢分子形成双层结构

利用密度泛函理论对铝(Al)掺杂富勒烯(C_(60))体系的储氢性能进行研究.计算结果显示单个Al原子吸附的最佳位置是在C_(60)表面碳五元环的中心位置,并形成稳定的Al-C_(60)团簇结构.当多个Al原子掺杂C_(60)时,12个Al原子吸附在C_(60)的碳五元环正上方具有最低的吸附能,并形成稳定的Al12-C_(60)团簇结构.当氢气与Al掺杂C_(60)的团簇相互作用时,C_(60)上碳原子的吸附使得氢气吸附在Al原子的侧位比吸附在Al原子的顶位更稳定.当多个氢气分子吸附时,102个氢分子形成稳定的双层结构并吸附在Al12-C_(60)上,体系的储氢质量分数能达到16.44%,其中第一层氢分子主要同两个临近的Al原子以及C_(60)相互作用,第二层氢气分子同近邻的Al原子和第一层氢气分子相互作用.     

非共价相互作用对中心手性的影响及中心手性的定义

建立在van't Hoff碳正四面体构型学说基础上的中心手性的概念未涉及非共价相互作用对分子中心手性的影响.可以想像,当某原子连有两个相同的原子或基团(如氢原子)时,可因非共价相互作用(如分子内氢键)的存在(如只与其中的一个氢原子形成氢键)成为不等性原子或基团.考虑到非共价相互作用对分子中心手性可能产生的影响,中心手性的概念似应为:一个原子(如C,N)的四支键分别指向四面体的各顶点,并分别键连四个不等性原子或基团(包括孤电子对)时,则该原子是手性的.