密度泛函理论研究S2FH的构型及其异构化反应

采用量子化学中的密度泛函理论B3LYP方法,在AUG cc PVQZ水平上全优化得到了FSSH线型和SSFH 分叉型2种异构体的平衡结构.对可能发生的分子内原子迁移过程的过渡态进行了考察,并进行了振动分析和内 禀反应坐标(IRC)的计算,证实了过渡态的正确性.计算结果表明,线型的FSSH为稳定构型.同时,采用统计热 力学及过渡态理论,研究了2种平衡结构之间相互转化的热力学和动力学性质.根据计算结果,无论是F迁移还是 H迁移,分子内的原子迁移都需要较高的活化能,并且迁移速度较慢.     

Nn(CH)4-nH4（n=0～4）的结构与性质的理论研究

采用密度泛函方法在B3LYP/6-311＋＋G**基组水平下优化了用(CH)n（n=1～4）逐个取代N4H4中的N原子后所得到的10种N4H4及其取代化合物,并结合自然键轨道理论（NBO）,分子中的原子（AIM） 和G3B3 对化合物的几何构型,成键特征,能量及稳定性,生成热进行了研究. 同时对它们的原子电荷、偶极矩等进行分析. 分析了碳氢取代后化合物含能性质的影响,结果表明: 随着碳氢数增加,分子能量降低,G3B3计算结果显示随着分子中碳氢取代数增加,各含碳氢化合物的生成热降低,这样就说明了N4H4是种     

密度泛函方法对BeF分子基态（X^2∑^＋）势能函数的研究

利用原子分子反应静力学的有关原理,推导出了BeF分子的合理离解极限;采用密度泛函理论的B3P86方法,在6-311G,6-311＋＋G,6-311G（3df,3pd）,cc-PVQZ和cc-PVTZ基组下,对BeF分子基态的平衡结构、离解能和谐振频率进行了优化计算,利用B3P86/6-311G（3df,3pd）对BeF分子的基态进行了单点能量扫描,并将扫描结果用正规方程组拟合Murrell-Sorbie势能函数.由拟合得到的势能函数,计算与X^2∑^＋态相应的光谱常数（Be,eα,ωe和eωχe）,其结果与实验符合得较好.     

应用ABEEMσπ模型快速计算分子静电势

分子静电势是量子化学的理论指标,可以用来判断分子的某些性质,尤其是分子的反应活性.由于静电势由分子本身的性质决定,不同分子在其周围空间各点产生的静电势不同,因此可以采用静电势来描述分子本身的性质.建立了一种新的快速计算分子静电势的方法,并以HF、H2O、NH3和CH4小分子为例计算了他们的静电势.其中的电荷采用原子-键电负性均衡方法σπ模型（ABEEMσπ）计算的结果,结构由MP2/6-311＋＋G（d,p）方法优化所得.基于杨等人建立的内禀特征轮廓理论,绘制了相应的分子静电势分布图.结果与从头算符合得很好,为大分子静电势的计算打下基础.     

O（^3P）与CH2=CHF反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论（DFT）方法,对O（^3P）与CH2=CHF的反应进行了理论研究.在UB3LYP/6-311＋＋G（d,p）,UB3LYP/6-31＋＋G（3df,3pd）计算水平上,优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,并在UQC ISD（T）/6-311＋＋G（2df,2pd）水平上计算了单点能量.为了确证过渡态的真实性,在UB3LYP/6-311＋＋G（d,p）水平上进行了内禀反应坐标（IRC）计算和频率分析,并确定了反应机理,研究结果表明,反应主要产物为CH2CFO和H.     

硝基甲烷正、负带电离子氢转移反应位垒的计算研究

采用DFT（UB3LYP）方法，在6—311＋＋G^＊＊基组水平上，计算研究了硝基甲烷2种带电结构[CH3NO2]^＋和[CH3NO2]^-分子内H原子向O原子转移后的O-N键的解离机理和反应位垒．结果表明，[CH3NO2]^＋发生氢转移后，O-N键的断裂是2步反应，第一步是分子内的H原子转移到O原子上，生成中间体[CH2N（OH）O]^＋，反应位垒为106．5kJ／mol；第二步是中间体中O-N键断裂，这步的反应位垒为105．5kJ／mol，理论计算得出的产物带电状态与实验一致．[CH3NO2]^-中H原子向O原子转移及O-N键断裂反应一步完成，生成一氢键复合物（H-Complex），该反应位垒为176．2kJ／mol，H—Complex进一步解离成CH2NO自由基和OH^-，或是OH自由基和[CH2NO]^-．     

CCl2体系的结构和性质研究

采用组态相互作用法QClSD在6-311＋＋G^＊＊基组下对分子体系CCl2进行abinitio计算,得到该体系的两个平衡结构：Cl-CCl（X1A1）角型结构和C-ClCl（X^1∑^＋）线性结构,并计算出它们的结构、能量和力常数.Cl-CCl（X1A1）角型结构为体系的最稳定结构,属于C2v点群;线性C-ClCl（X^1∑^＋）结构为体系的另一稳定结构,属于亚稳态,其分子点群为C∞v.     

氢同位素重水分子D2O（X~^1A1）的结构与分析势能函数

基于群论理论和原子分子反应静力学正确判断了D2O（X~^1A1）离解极限．使用多体项展式理论方法结合同位素效应，修正Born-Oppenheimer近似下的势能函数，计算了D2O（X~^1A1）分子的二阶力常数、正则振动频率和零点能．采用密度泛函B31yp／6-311＋＋g^＊＊方法，优化出D2O（X~^1A1）平衡几何、离解能和振动频率．首次导出基态D2O（X~^1A1）分子的分析势能函数，然后根据等值势能图讨论了D＋OD和O＋D2反应的势能面静态特征．结果表明：在D＋OD→D2O通道上反应为无阈能反应，而O＋DD→D2O存在鞍点，反应具有一定的方向性，以垂直D—D键的方向最为有利．     

NO2大π键量子化学研究

用量子化学从头算MP2、QCISD、CCSD方法结合6-311＋＋G（3df,3pa）基组的计算水平以及休克尔分子轨道（HMO）理论对基态NO2大π键进行了研究。结果显示,基态NO2中氮原子接近sp2杂化。未参与成键的杂化轨道电子占据数约为0．99。大π键中成键电子和反键电子总数均约为3．62,;而自然键轨道（NBO）...     

非Born—Oppenheimer近似理论下水分子H2O（X^1A1）的结构与分析势能函数

基于群论理论和原子分子反应静力学正确判断了H2O（X^1A1）离解极限。采用密度泛函B31yp／6-311＋＋g^＊＊方法优化出H2O（X^1A1）了平衡几何、离解能和振动频率．考虑核振动能量,修正Bom—Oppenheimer近似理论下的分子势能函数,计算了H2O（X^1A1）分子的二阶力常数、正则振动频率和零点能。使用多体项展式理论方法导出了基态H2O（X^1A1）分子非Bom—Oppenheimer近似理论下的分析势能函数,然后根据该修正势能函数绘出等值势能图,并讨论了H＋OH反应和O＋H2反应的势能面静态特征。结果表明：在H＋OH—H2O通道上反应为无阈能反应,而O＋HH→H2O存在鞍点,反应具有一定的方向性,以垂直H—H键的方向最为有利。     

CH3CH2自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311＋＋G（d,p）基组水平上研究了CH3CH2自由基与HNCO的微观反应机理,优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物,为了获得更精确的能量信息,在QC ISD（T）/6-311＋＋G（d,p）水平上计算体系在反应通道各驻点的能量.振动分析结果和IRC分析结果证实了中间体和过渡态的真实性,计算所得的成键临界点电荷密度变化也确认了反应过程.对于CH3CH2自由基与HNCO反应,找到了10条反应通道.对结果的分析表明,其中生成烷基酰亚胺稳定分子的反应通道的控制步骤活化能最低,因此为主要通道,在该反应体系中氢迁移反应已不是主要的反应过程,但其活化能不高,也是能发生的.     

氮杂炔正离子与2,3-二甲基丁烯反应机理研究

用半经验量子化学AM1方法研究氮杂炔正离子[R1-C≡N-R2] 与2,3-二甲基丁烯的反应机理.优化得到各驻点的几何构型,通过振动分析对过渡态进行了确认,解析了反应路径,并用同一方法研究当R1和R2分别被不同的烷烃基取代的反应情况.结果表明反应体系有两个过渡态,ts1为C2-C3接近时的过渡态;ts2为氢原子的迁移,最后得到产物.不同烷烃基取代有相同的反应机理,支链越多的烷烃基的相对能量越高,由于苯基为一平面结构,能量反而较支链烷烃基团低.     

醇水催化7-羟基喹啉质子迁移过程的反应机理研究

用量子化学B3LYP方法在6-311G*基组水平上研究了7-羟基喹啉二水和二甲醇复合物分子间的相互作用和水助及醇助催化质子迁移反应,优化得到了反应物、过渡态和生成物的几何结构,结果表明,在水助及醇助催化质子迁移过程中,3个氢原子都参与了迁移过程,醇助催化质子迁移反应途径在甲醇溶液中的活化能垒比水助催化质子迁移反应低,在甲醇溶液中的反应比在水溶液中的反应更容易.     

4-苯基嘧啶-2-硫酮互变异构的理论研究

采用B3LYP/6-311 G＊＊方法,计算并考察了4-苯基嘧啶-2-硫酮分子的硫醇式和硫酮式构型进行结构互变质子迁移的两种可能途径：（a）分子内质子迁移,（b）水助质子迁移.计算结果表明,途经（b）所需要的活化能较小,氢键在降低反应活化能方面起着重要作用.Onsager自洽反应场溶剂模型用于水相的计算,并探讨了水溶剂化效应对异构化过程的几何结构和能量的影响.     

2-巯基嘧啶互变异构的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-3l1G**基组水平上,计算并考察了2-巯基嘧啶分子硫酮式和硫醇式结构进行结构互变的质子迁移过程中的2种可能途径:(a)分子内质子迁移,(b)水助质子迁移.计算结果表明,途经(b)所需的活化能较小,氢键在降低反应活化能方面起着重要作用.     

水与扶手椅型SWCNT复合环境下α-Ala分子的手性转变机理

采用组合量子化学ONIOM方法,基于氨基作为氢迁移桥梁,考察单壁碳纳米管(SWCNT)与水复合环境下α-丙氨酸分子(α-Ala)的手性转变机理.结果表明:基于氨基作为氢迁移桥梁的手性转变反应有a和b两个通道,其中通道a最具优势;水与扶手椅型SWCNT复合环境对氢迁移反应具有较好的催化作用;在SWCNT(8,8)的限域环境下,3个水分子构成的链使主反应通道的决速步骤能垒从裸反应的266.1kJ/mol降至117.8kJ/mol.表明SWCNT(8,8)与水构成的复合环境可作为实现α-Ala手性转变的理想纳米反应器,生命体内α-Ala分子可在类似的纳米环境实现旋光异构.     

单壁碳纳米管尺寸和手性对α-丙氨酸分子手性转变限域的影响

用量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++g*:UFF)方法,考察扶椅型单壁碳纳米管SWCNT(5,5),(6,6),(7,7)、锯齿型SWCNT(9,0),(10,0),(11,0)和螺旋型SWCNT(8,2),(8,3),(8,4),(9,1),(9,2),(9,3)中的α-Ala分子结构和手性转变机制.结果表明:与单体相比,当α-Ala分子限域在直径小的SWCNT中时,其C—C—C键角、C—C—N—C二面角和H—N—H键角增加较大,其他结构参数值略有增减;只存在H先在羧基内转移,手性碳上的H再以羰基11O为桥梁转移的反应通道;当α-Ala分子限域在SWCNT(5,5),(9,0),(8,2),(9,1)中时,羧基内H转移和H从手性碳转移到羰基的能垒较低;α-Ala分子限域在SWCNT中的H转移反应能垒随管径的减小而降低;不同手性的SWCNT对H转移反应能垒影响较小.     

基于氨基作为质子转移桥梁的赖氨酸分子手性转变机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰理论的MP2方法, 考察赖氨酸分子基于氨基作为质子转移桥梁的手性转变机理以及水分子和羟基自由基对氢迁移反应的催化作用. 结果表明, 赖氨酸分子手性转变有2个通道a和b, 通道a为主反应通道, 决速步骤裸反应Gibbs自由能垒为252.6 kJ/mol, 2个水分子构成的链以及羟基自由基和水分子构成的链使通道a决速步骤的自由能垒分别降为119.5,98.5 kJ/mol. 表明水分子和羟自由基对H迁移反应有较好的催化作用, 生命体内的羟基自由基是导致左旋赖氨酸旋光异构的主要原因.     

Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

2-氨基-3-苯并恶唑喹啉水复合物激发态分子内与分子间质子转移的竞争机理

基于密度泛函与含时密度泛函理论方法, 研究2-氨基-3-苯并恶唑喹啉（ABO）水复合物(ABO-H₂O)激发态分子内与分子间质子转移的竞争机理. 结果表明： ABO-H₂O复合物中存在一个分子内的氢键和两个分子间的氢键; 基态ABO-H₂O复合物被激发至第一电子激发态后, 仅需越过一个34.157 kJ/mol能垒, 复合物即可发生激发态分子内的质子转移反应; ABO-H₂O复合物激发态分子间的双质子转移过程中存在一个63.585 kJ/mol能垒; 在第一电子激发态上, ABO-H₂O复合物中存在分子内与分子间质子转移的竞争机制; ABO-H₂O复合物更易出现激发态分子内的质子转移过程.