近库仑位垒重离子熔合反应动力学的系统研究

近库仑位垒重离子俘获与熔合是一个典型的多自由度耦合的位垒穿透过程.理论上,解耦合道方程可以描述多维位垒穿透问题.在本征道的理论框架下,多自由度的耦合会使单个位垒劈裂成一系列的分立位垒.基于位垒分布的思想,发展了一个经验的耦合道模型,系统地研究了220个反应体系的俘获激发函数.在该模型中,相对运动和内禀自由度的耦合效应及中子转移效应一并包含在一个非对称的高斯型位垒分布函数中.基于特定的核-核相互作用势,提出了计算位垒分布函数参数的经验公式.结果表明:本文发展的经验耦合道模型能够系统地描述近库仑位垒能区的俘获截面.该经验耦合道模型不仅能够解释俘获动力学中的重要现象,还有望对合成超重核的反应体系的俘获激发函数提供理论预言.本文将简要地评述描述近库仑位垒重离子俘获反应的相关模型,介绍经验耦合道模型,并基于该模型讨论振动耦合、转动耦合及中子转移效应对俘获截面的影响.     

二苯乙腈碳负离子与多卤甲烷反应的研究

亲核试剂与卤代烃的作用通常认为是传统的S_N2反应.近年来的研究发现,一些表面上的S_N2产物的获得实际上是经历了单电子转移(SET)过程,而且有人提出SET和S_N2是取代反应杂化模型的两种极端形式的所谓单电子迁移(Single electron shift)理论.由于研究某一反应究竟是经历SET还是S_N2过程无论是从理论上还是从实践上都极为重要,引起了人们的极大兴趣.比如,Eberson从反应的速率及给体与受体的氧化还原电势,利用Marcus方程来估算某一取代反应的SET过程是否可能;Bordwell则通过9-位取代芴负离子与不同的卤代烷烃反应的研究,建议可利用对logK_(obs)与E_(ox)(A~-)或pK_A分别作Bronsted线性自由能分析来判断反应是通过什么途径进行的;Ashby以6-碘-5,5-二甲基-1-己烯作探针,利用亲核脂肪取代反应中环状产物的检出,说明SET是该反应的主要过程,等等.由于多卤脂肪烃是比单卤烃更好的电子接受体,可能会对S_N2→SET历程的转移给出更有直接意义的结构信息,且多卤脂肪烃的电子转移性质与它们的毒性机理密切相关,而文献中对它们与碳负离子反应的研究又极少,因此我们选择多卤甲烷为底物考察其与亲核试剂二苯乙腈碳负离子反应中单电子转移的可能性,并对其机理及原因作了初步探讨.     

C2(a3Пu)自由基与NO,N2O,O2,H2和NH3反应的动力学研究

研究了C2(a3Пu) 自由基与NO, N2O, O2, H2, NH3等分子的反应动力学. C2(a3Пu) 自由基是由 266 nm光解C2Cl4产生的, 用激光诱导荧光(LIF)检测C2(a3Пu) 自由基的相对浓度随着反应时间的变化, 得到C2(a3Пu)自由基与N2O, NH3的双分子速率常数: (1.63 ± 0.20) × 10-13 cm3·mol-1·s-1, = (5.92 ± 1.00) × 10-14 cm3·mol-1·s-1. C2 (a3Пu)自由基与NO, O2, H2等分子反应的消耗速率常数: kNO = (5.46 ± 0.10) × 10-11 cm3·mol-1·s-1, (1.58 ± 0.16) × 10-11 cm3·mol-1·s-1, < 1.0 × 10-14 cm3· mol-1·s-1. 对反应分析及理论计算的结果表明: C2(a3Пu) 自由基与NH3和H2反应主要是抽氢过程, 且反应的入口通道都存在一个能垒.     

应用扫描电化学显微镜研究冰/1,2-二氯乙烷界面上电子转移反应

分别以亚铁氰化钾和现场所产生的二藏铁阳离子（Fc^ ）作为冰相和有机相的电活性物质，应用扫描电化学显微镜（SECM）和微电极技术研究了在低温条件下冰／1，2－二氯乙烷界面上的电子转移反应。选择合知的共同离子四丁基铵阳离子（TBA^ ）来控制界面电位，利用SECM得到的正、负反馈信息，研究了不同温度下界面电位差驱动的液／液界面上的电子转移反应，并通过拟合实验和理论数据得到了此异相界面电子反应速率常数等。实验结果验证了此反应动力学常数是由界面电位差所决定的。在相变的温度时，电子转移反应速率常数有一个大的改变，实验结果反映了相应的过程。     

有机化合物电子理论的一些新趋势

用分子的电子结构解释化合物的各种物理化学行为,是当代理论化学的重要任务.量子力学还仅限于对π电子体系的研究,对σ电子体系则显得无能为力.介电子沿σ键的移动是遵守静电法则的,所以根据分子中原子或基团的静电诱导效应解释分子中结构与化合物的性质的关系已有不少报道,例如英国学派所拟定的化学活性次序、Taft 极性取代常数,以及做为评价诱导效应的标尺的相对电负性和蒋明谦等的饱和烃及其衍生物的基团诱导效应指数.     

异类分子间电子转移过程内重组能的研究

电子转移反应与许多化学及生物体系的重要过程有关,是近年来非常活跃的研究领域.按照Marcus理论,电子转移速率可以由Fermi的Golden规则表示如下:式中V是电子耦合矩阵元,△G~0是电子转移反应的标准自由能,λ是反应的总重组能.λ=λ_v λ_s,内部重组能λ_v、来源于反应体系内部的振动及弛豫的贡献,溶剂重组能λ_s来源于溶剂分子在电子转移前后的极化和重新取向.电子耦合矩阵元V可通过量子化学计算得到;内重组能和溶剂重组能通常由电子转移速率k,驱动力-△G~0的测定值拟合得到,但得到的并非唯一解,还需参考其他结果来加以判断.Gould等人研究了D为简单的芳烃化合物,A为9,10二氰基蒽(DCA)时D~ A→D A的复合电子转移过程,表明用相同的实验数据拟合可得到不同的λ_v值.Clos等人在研究分子内电子转移速率时也曾指出,对不同分子体系采用相同的内重组能是值得怀疑的,但由于缺乏直接测定λ_v的有效手段,他们在若干不同体系中仍采用相同的λ_v值.由此可见,用量子化学方法研究重组能具有重要的意义.     

交叉电、磁场中铯原子里德伯态结构的初步实验研究

里德伯态原子外场特性由于其重要的学术价值和应用前景,多年来一直是原子物理研究的前沿.目前这一研究的重心逐步转移到外电场和外磁场同时作用(联合场)的情况.尤其是当电场和磁场相互垂直交叉时,原子作用势的对称性遭到严重破坏,使问题更趋复杂.已有的理论研究指出,在交叉场中有可能出现“双势阱原子”,即价电子被囚禁于离核很远的另一势阱中的一种特殊原子,这就更增加了对这一问题研究的兴趣.然而,交叉场问题虽已有     

双核多吡啶铂(Ⅱ)-紫精二元电子给受体体系的光诱导电子转移

设计合成了紫精(MV2+)桥连4′-(4-甲基-苯基)-2,2′:6′,2′′-三联吡啶铂(Ⅱ)(4-CH3-PhN^N^NPtCl)的双核配合物1,{[MV2+(4-CH2PhN^N^NPtCl)22+]·4PF6–}.利用紫外可见吸收光谱、发光光谱、电化学循环伏安谱以及瞬态吸收光谱研究了体系的光诱导电子转移过程,发现在乙腈/甲醇混合溶剂中该二元体系光诱导电子转移的速率常数kCS大于1.4×108s–1,电子回传的速率常数kCR大于2.1×103s–1,电荷分离态寿命长达479μs.     

NO分子基态性质的研究

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311++G(3df,2pd)基组对NO分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωexe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell2Sorbie函数来表示.利用原子分子反应静力学的有关原理,推导出了NO分子的合理离解极限;使用HF、MP2、MP3和B3LYP等理论方法,在6-311G(3df,3pd)基组下,对NO分子基态的平衡结构和谐振频率进行了优化计算,且将计算结果与实验结果进行了比较,得出了B3LYP方法为最优方法的结论.     

利用瞬态荧光技术研究单重态激子裂变的分子间距依赖关系

在红荧烯掺杂的有机薄膜中,通过控制红荧烯的掺杂浓度来改变相邻红荧烯分子间的平均间距,进而调节相邻红荧烯分子间发生单重态激子裂变过程的速率.实验上,利用瞬态荧光技术测量了不同掺杂样品光致发光的瞬态衰减曲线.理论上,基于"S_1+S_0?~1(TT)_i?T_1+T_1"三状态反应模型,采用耦合的速率方程组描述了红荧烯分子间发生激子裂变的动力学过程,并通过速率方程组的迭代运算拟合了实验测得的薄膜光致发光的瞬态衰减曲线.数据分析表明,随着红荧烯分子平均间距的增大,S_1+S_0→~1(TT)_i过程的速率呈指数下降规律,这与有机材料中常见的Dexter能量转移过程非常相似.由于这两种过程都可以通过"双电子转移"模型来理解,函数关系上的相似性实际上是对激子裂变的双电子转移模型的验证,这对于澄清激子裂变过程的物理机制具有重要价值.     

基于多壳层Co_3O_4中空正十二面体的高效葡萄糖传感器

对比了多壳层Co_3O_4中空正十二面体与有序介孔Co_3O_4作为电催化剂,并应用在葡萄糖电化学催化氧化中的反应行为.多壳层中空结构促进了葡萄糖分子及相关产物的反应扩散,而壳层纳米粒子的取向排列不仅优先暴露了更多高活性(111)晶面也能促进反应电子的转移,从而有效提高了对葡萄糖电催化氧化的活性.多壳层中空正十二面体在低浓度范围对葡萄糖的灵敏度可达4075.2μA mmol/(L cm~2),优于有序大介孔Co_3O_4和有序小介孔Co_3O_4分别为3561.1和2074.3μA mmol/(L cm~2).电化学性能结果表明,多壳层Co_3O_4中空正十二面体是一种构筑葡萄糖传感器的优异电催化剂,为高效葡萄糖电催化剂的设计与合成提供了一定的借鉴.     

X+Br_2→XBr+Br(X=H,D)反应速率常数的理论计算

氢(或氘)原子与溴分子之间的化学反应是典型的轻-重-重(LHH)动力学体系之一,其理论和实验研究都很有趣.Jaffe和Clyne用激波管共振吸收(DFRA)技术测量了H+Br_2在295K下的反应速率常数.研究过渡态性质需要反应速率常数对温度的依赖关系,为此,Wada等利用脉冲辐射共振吸收(PRRA)技术测量了214—295K温度范围内H+Br_2     

球对称引力场对双原子分子振动-转动光谱的影响

近年来Parker研究了空间曲率对氢原子能级的微扰,指出微扰能中主导项是电子的潮汐势能,因潮汐力正比于质点的质量,故曲率对分子内部核相对运动的微扰应更大,本文计算了球对称引力场对双原子分子的振动-转动能谱的微扰,取原子核的质心为直角坐标系的     

一类典型的二维势能面的反应途径分叉

势能面反应途径分叉的现象已引起化学家们极大的兴趣.它最早由Dewar和Kirschner在研究环丁烯解环反应体系势能面时发现,并指出在此种情形下,Wood-Hoffmann规则是失效的,即应用对称守恒原理预测的产物并不出现.因反应途径分叉而引起对称破缺的现象,Collard和Hall已进行过极其初步的研究.Basilevsky讨论了几种类型分叉的数学条件.Valtazanos和Ruedenberg分析了二维具有C_s对称的势能面E(x,y)=A_1x+A_2x~2+2A_3xy~2十A_4y~4     

[Co(tp)_2(Me-en)]CIO_4配合物不对称配位氮原子的重氢化动力学研究

早在1960年,Palmer等人曾认为:水溶液中碱催化作用下八面体配合物中配位氮原子的质子交换速率常数(k_D,重氢化速率常数)随配离子正电荷数的增多而增大。近来,我们曾报道,对于同属CoO_4N_2型的[Co(Ox)_2(Me-en)]~-和[Co(acac)_2(Me-en)]~+配离子(Ox=C_2O_4~(2-);acac=2,4-戊二酮负离子;Me-en=N-甲基乙二胺)来说,虽然前者带有负电荷,但其不对称配位氮的重氢化速率常数k_D值却比带正电荷的后者的k_D值大20倍。为     

芳香叔胺与卤代烷光化学反应的研究——肾上腺素的氧化

我们曾报道在微量氧存在下芳香叔胺可以引发含有α-甲基或醚键结构的烯类单体的聚合,提出了胺—O_2复合物的氧化—聚合机理。 芳香叔胺作为电子给体与分子氧形成电荷转移复合物已有光谱证明。从结构上看,胺—O_2复合物中的分子氧若接受胺分子的一个电子便生成负氧离子自由基(O(?))及胺正离子自由基。 肾上腺素是一个具有重要生理功能的儿茶酚衍生物,含有易被氧化的邻二酚结构,其氧化已有很多研究,并认为是通过O(?)机理。胺—O_2复合物能否氧化肾上腺素,文献未有报道。本文简要报道在四氯化碳存在下芳香叔胺促进的肾上腺素光氧化反应。     

[Cr_2~ⅢNi~Ⅱ(O_2CMe)_6·Py_3]·Py的晶体结构和电子结构

三核碱式醋酸盐虽早在1928年就合成出来,直到1970年才第一次报道了[Cr_3O·(O_2CMe)_6(H_2O)_3]Cl·6H_2O准确的晶体结构,以及混合价态三核物Ru_3O(O_2CMe)_5·(PPh_3)_3,[Mn_3O(O_2CMe)_6Py_3]·Py和[Fe_3O(O_2CMe)_6Py_3]·Py结构的测定表明这些化合物中不同价态的金属离子都是结晶学等同的。为了探究M~Ⅱ→M~Ⅲ电子转移的实质,混合价     

NO分子基态性质的研究

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311++G(3df,2pd)基组对NO分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωexe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell2Sorbie函数来表示。利用原子分子反应静力学的有关原理,推导出了NO分子的合理离解极限;使用HF、MP2、MP3和B3LYP等理论方法,在6-311G(3df,3pd)基组下,对NO分子基态的平衡结构和谐振频率进行了优化计算,且将计算结果与实验结果进行了比较,得出了B3LYP方法为最优方法的结论。     

四氯化碳中的9,10-二氰基蒽敏化光氧化反应

氰基芳香化合物的光敏反应一般来说是通过敏化剂的单线态,以其电子转移的化学为特征的。Foote首先发现那些不能与单线态氧(~1O_2)反应的贫电子烯烃,如二苯基乙烯,四苯基乙烯等,在乙腈中用9,10-二氰基蒽(DCA)或9-氰基蒽(CNA)作敏化剂时,能发生电子转移光氧化反应,通过负氧离子基中间体,生成其相应的氧化产物:     

CBr2与CH2O插入反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函B3LYP/6-311G*和高级电子相关耦合簇[CCSD(T)/6-311G*]方法计算研究了CBr₂与CH₂O的插入反应机理, 全参数优化了反应势能面各驻点的几何构型, 用内禀反应坐标 (IRC)和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 研究结果表明: 反应(1)是单重态二溴卡宾与甲醛插入反应的主反应通道. 该反应由两步组成: (ⅰ) 两反应物首先经一无能垒的放热反应, 放出8.62 kJ·mol^&;#8722;1的热量, 生成中间体IM1; (ⅱ) IM1经过渡态TS1, 发生H的转移, 生成产物P1, 其能垒为44.53 kJ·mol^&;#8722;1. 用经Wigner校正的Eyring过渡态理论研究了不同温度下该反应的热力学和动力学性质. 从热力学和动力学的角度综合分析, 在1 atm (101325 Pa)下, 该反应在温度为200～1900 K时进行既有较大的自发趋势和平衡常数, 又具有较快的反应速率.