F和Cl原子与甲烷反应机理的理论研究

作者用量子化学从头计算UMP2（full)方法，在6－31G^*水平上研究F和Cl原子与甲烷分子之间的反应机理，优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型，在Gaussian-3(G3)和G3MP2水平计算了它们的能量，研究结果表明：F原子在与甲烷分子反应过程中有氢键生成，键能为：3.71kJ/mol，而Cl原子甲烷分子在反应过程中则无此现象。同时作者还对F和Cl原子与甲烷分子在之间反应动力学速率常数进行了计算，作者的理论计算结果显示F原子和甲烷分子之间反应活性比Cl原子与甲烷分子之间反应活性强。F原子易与甲烷分子生成含有氢键的化合物，且很快分解生成化学性质非常稳定的HF，能同F＋O3反应竞争。     

F原子与臭氧和甲烷反应机理的量子化学研究

用量子化学从头计算G3和G3MP2方法研究F原子与臭氧和甲烷的反应机理。优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,研究结果表明,F原子与臭氧之间有很强的反应活性,但F原子与甲烷之间的反应活性更强,通过比较,当F原子与臭氧和甲烷竞争反应时,F原子与甲烷之间反应优先,并合理解释了大气中Cl原子是损耗臭氧的主要化学物质,而活性更强的F原子对臭氧损耗较小的原因是F原子被甲烷消耗了。     

F2＋2HCl=2HF＋C12反应机理的密度泛函理论（DFT）研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，在6-3l1G^**基组下，计算研究了反应F2 2HCl=2HF Cl2的机理。求得各可能反应途径的系列过渡态，并通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析加以证实。比较反应能垒(理论计算活化能)发现，题称反应若以分子与分子作用机理进行，则需克服的最大能垒为l50．63kJ／mol；若以F2分子先裂解为F原子再反应的机理进行，则需越过能垒154．82kJ／mol。求得反应F HCl→HF Cl的线形和三角形两种过渡态，以三角形较稳定；求得反应HCl Cl→H Cl2的两种过渡态，以线形较稳定。     

H原子与SiFn(n=1～4)反应机理的理论研究

采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法,在6-311G（2d,2p）基组下,研究了H原子与SiFn（n=1～4）的反应历程．通过振动频率和内察反应坐标（IRC）分析,对过渡态进行了确认．在QCISD／6-311G（2d,2p）水平上进行了单点能计算,并进行了零点能校正．结果表明：在单重态下H原子倾向于添加到Si原子上,而二重态和三重态下H原子倾向于夺取F原子．在H原子一步步夺取F原子的反应过程中,主要产物为SiHF3,Si原子在副反应中生成．由于副反应能垒较高,在真实体系中生成Si原子很困难,由此我们推断实际反应中加入的衬底起到了关键作用．     

Cl原子与HNCO反应机理的量子化学分析

采用MP2(Full),B3LYP,QCISD/MP2方法在6-311G(d,p)水平上对Cl原子与HNCO反应的微观机理进行了理论研究.采用MP2(Full)和B3LYP对反应位能面上的各驻点进行几何构型的全优化,振动分析和IRC计算证实了中间体和过渡态的真实性和相互连接关系.3种方法计算得到了几个反应通道的反应活化能.研究表明,Cl原子进攻HNCO中的H原子为反应的主要反应通道.     

DFT研究大气环境中HCNO与Cl反应的产物通道

用密度泛函理论研究了大气环境中Cl与雷酸(HCNO)分子反应的机理.在6-311++G**和6-311G**基组水平上,优化得到了反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型;在B3LYP/6-311++G**优化的构型基础上,利用CCSD(T)/6-311++G**方法对各驻点的单点能量进行校正;通过振动分析对过渡态和中间体构型进行了确认.计算结果表明:Cl与HCNO分子的反应通过Cl对HCNO分子中O或C原子进攻的多步反应得到了三种产物.其中,Cl加成到HCNO分子中O原子上消去OCl基团的反应是主反应通道,P1(HCN+OCl)为主要产物.     

稀有气体原子插入N—H和O—H键的理论研究

采用B3LYP方法在6-311++G**基组(Ar,Kr,Xe采用DZVP基组)水平上对稀有气体原子X(X=Ar,Kr,Xe)插入咪唑、吡咯、吡唑中的N—H键进行了量子化学理论研究.优化得到了9种稳定的含稀有气体原子的化合物;插入稀有气体原子后体系的能量升高了398.11~815.02 kJ/mol,且新形成的H—X键强度与正常氢键相当,X—N化学键强度比正常氢键略弱,因此引入X原子后的产物热稳定性较差.电子密度拓扑研究表明:N—H键插入X原子后,激活了咪唑、吡咯、吡唑杂环官能团上的反应活性.     

基于第一性原理的氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀特性分析

为了阐明氯盐环境对混凝土中钢筋锈蚀反应的影响机理,采用基于密度泛函理论(DFT)中的第一性原理,运用CASTEP软件包建立了O2分子与Cl原子在Fe(100)表面的吸附模型,研究了Cl原子的存在对O2分子吸附于Fe(100)表面的吸附能、几何结构和表面电子特性的影响.结果表明,Cl原子的存在会增大O2分子与Fe(100)表面之间的吸附能和O2分子键长,减小O原子之间共价键,从而促使O2分子向基底表面靠近,并使得铁基底更容易失去电子,同时增大了Fe原子层向O原子的电子转移量.因此,Cl原子的存在会导致O2分子与基底Fe原子的相互作用增强,从而促进了O2分子的裂解以及基底表面原子间的成键,进而从微观尺度上证明了氯盐环境会显著促进混凝土中钢筋锈蚀氧化反应.     

HX(X=F,Cl,Br)分子基态(X1∑+)结构与势能函数量子力学计算

利用分子反应静力学的基本原理,确定了HX(X=F,Cl,Br)等分子的X1∑ 态的合理离解极限;使用二次组态相互作用方法QCISD(T)并选用6-311G G(3df,3pd)基组,对HX(X=F,Cl,Br)等分子基态进行了单点能扫描计算,并用最小二乘法拟合的Murrell-Sorbie函数和修正的Murrell-Sorbie函数计算它们光谱数据(ωe、ωeχe、Be、αe、De),结果表明修正的Murrell-Sorbie函数计算值与实验光谱数据吻合较好.这表明修正的Murrell-Sorbie函数更能精确的描述HX(X=F,Cl,Br)等分子基态的势能函数.     

F原子与O3反应的热力学和动力学研究

在量化计算的基础上,运用统计热力学和Wigner校正的Eyring过渡态理论研究了(98.15～2098.15)K温度范围内活性F原子和臭氧O_3反应的热力学和动力学性质,给出了整个反应的热力学数据和各步反应的动力学数据。结果表明该反应在低温下具有热力学优势,高温下具有动力学优势,其中F O_3→TS(1)→M为反应的定速步骤。     

CH3自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学MP2方法在6－311＋＋G^**水平上优化了CH3自由基与臭氧反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型，并对它们进行了能量计算，对能量计算结果考虑了零点能（ZPE）校正。研究结果表明：CH3自由基与臭氧有较强的反应活性，且反应热效应较大，为强放热反应。     

Weak interaction between CH3SO and HOCl: Hydrogen bond, chlorine bond and oxygen bond

B3lyp/6-311＋＋g＊＊ and mp2/6-311＋＋g＊＊ calculations were used to analyze the interaction between CH3SO and HOCl. Nine （complex A： S1A-S9A） and five （complex B： S4B-S7B and S10B） minima were localized on the potential energy surface of CH3SO…HOCl complexes at b3lyp/6-311＋＋g＊＊ and mp2/ 6-311＋＋g＊＊ computational levels, respectively. The AIM and NBO theories were also applied to explain the nature of the complexes. Bonding energy of complexes A and B corrected with BSSE falls in the ranges of -0.4―-41.4 kJ·mol-1 and -6.9―-35.8 kJ·mol-1 at mp2/6-311＋＋g＊＊ level, respectively. The re- sults show that a novel oxygen bond complex （S6） exists in the system, besides hydrogen bond and chlorine bond. Especially, S6B-F, S6B-Br and S7B are blue shifted complexes compared with red shifted S6A, because the electron transfer occurs between LP1（S8） and σ＊（O5-Cl7）, resulting in the increase of O5-Cl7 and the decrease of vibrational frequency. The complex of S10B has characteristics of both red shift and blue shift.     

CFH2与臭氧反应机理的量子化学研究

用量子化学UMP2方法，在6-311 G^**基组水平上研究了CFH2与臭氧反应机理，全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型，在UIQCISD／6-311 g^**水平上计算了它们的能量，并对它们进行了振动分析，以确定中间体和过渡态的真实性，同时应用经典过渡态理论计算了反应的速率常数，研究结果表明，CFH2自由基与臭氧间的反应活化能很小，反应活性很大，其对大气臭氧的损耗也将很大．同时发现CFH2与O3的反应是强放热反应。     

大气中Cl原子与甲基乙烯基酮反应机理的理论研究

采用CCSD(T)/6-31+G(d,p)//BHHLYP/6-311++G(d,p)+0.9335×ZPE理论方法,构建了在O2/NO存在的情况下Cl原子与甲基乙烯基酮反应的势能面剖面图.该反应体系的势能面上存在多个可能的反应途径,包括直接氢抽提通道和加成-消除通道.计算结果表明:在初始反应通道中,最可行的反应途径是生成加合物CH3C(O)CHCH2Cl(IM1)和CH3C(O)CHClCH2(IM2).在大气条件下,新形成的加合物IM1和IM2可以进一步与O2/NO发生反应,生成最终的主要产物氯乙醛(CH2ClC(O)H)和甲醛(HC(O)H),这与实验中检测到的主要产物是一致的.     

氟、氯原子与甲烷反应的从头算直接动力学研究

用MP2方法对F、Cl原子与CH4的反应进行了研究.反应物、产物和过渡态的几何优化和振动分析在MP2/6-311＋G（d,p）水平下进行,反应路径的势能分析在CCSD（T）/6-311＋G（3df,2p）水平上对MP2/6-311＋G（d,p）优化的几何结构进行单点能校正.用传统过渡态理论和正则变分过渡态理论,并考虑小曲率隧道效应计算了正向反应的速率常数.     

HCl气体在烧结矿表面的吸附机理及特性

基于密度泛函理论,对HCl气体在烧结矿表面的吸附机理进行模拟计算,并且通过实验研究了不同反应温度、烧结矿粒度和HCl气体流量条件下烧结矿表面吸附HCl气体的特性规律.结果表明：HCl在α-Fe2 O3(001)表面的最大吸附能为-175.91 kJ·mol-1,为化学吸附. Cl原子与基底表面的Fe原子发生反应结合成Cl-Fe键.吸附后Fe-O键长变短,Fe-O键能增加,结构更紧密. Cl原子与Fe原子结合成键后,削弱Cl原子与H原子的结合.温度对烧结矿吸附氯元素量的影响较大,随着温度升高,氯元素吸附量逐渐增多;随着烧结矿粒度增大,氯元素吸附量逐渐减少;随着HCl气体流量的增加,氯元素吸附量迅速增加.     

铜类卡宾催化乙烯环丙烷化反应途径的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属铜类卡宾与乙烯的环丙烷化反应机理，对3种不同铜的SS试剂CH3CuCHCl2，ClCuCH2Cl及CH3CuCHI2分别与CH2CH2反应的各反应物、中间体、过渡态、产物构型的全部结构几何参数进行了优化，用内禀反应坐标（IRC）计算和频率分析法，对过渡态进行了确定和验证．结果表明，CH3CuCHCl2和CH3CuCHl2与CH2CH2环丙烷化反应按亚甲基转移机理和卡宾金属化机理都可以进行，与锂类卡宾的反应机理相同，而ClCuCH2Cl与CH2CH2环丙烷化反应则更容易按卡宾金属化机理进行。     

A strong source of methyl chloride to the atmosphere from tropical coastal land

Methyl chloride (CH3Cl), the most abundant halocarbon in the atmosphere, has received much attention as a natural source of chlorine atoms in the stratosphere. The annual global flux of CH3Cl has been estimated to be around 3.5 Tg on the grounds that this must balance the loss through reaction with OH radicals (which gives a lifetime for atmospheric CH3Cl of 1.5 yr). The most likely main source of methyl chloride has been thought to be oceanic emission, with biomass burning the second largest source. But recent seawater measurements indicate that oceanic fluxes cannot account for more than 12% of the estimated global flux of CH3Cl, raising the question of where the remainder comes from. Here we report evidence of significant CH3Cl emission from warm coastal land, particularly from tropical islands. This conclusion is based on a global monitoring study and spot measurements, which show enhancement of atmospheric CH3Cl in the tropics, a close correlation between CH3Cl concentrations and those of biogenic compounds emitted by terrestrial plants, and OH-linked seasonality of CH3Cl concentrations in middle and high latitudes. A strong, equatorially located source of this nature would explain why the distribution of CH3Cl is uniform between the Northern and Southern hemispheres, despite their differences in ocean and land area.     

卤代烷类化合物紫外光解离过程的研究

探讨了在185，253．7，337.1nm的条件下，卤代烷类化合物CH3Br,CH2Br2,CF2ClBr,CF3Br,CF2HCl,CF3Cl的光解离机理，对CH3Br O2/O3,CH2Br2 O2/O3,CF2ClBr O2/O3,CF3Br O2/O3,CF2HCl O2/O3,CF3Cl O2/O3等体系的光化学反应过程及其产物进行了分析，重点讨论了含F卤代烷光氧化的共同产物CF2O的产生机理和它的稳定性，并探讨了控制卤代烷类化合物损耗臭氧层的途径。