团簇CoFe_2B_2稳定性的密度泛涵理论研究

运用密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法,在Becke3LYP/Lanl2dz水平下,对团簇CoFe_2B_2各个可能的构型进行优化,最终得到9种优化构型。本文从动力学、热力学稳定性2个方面对这9种构型之间的异构化反应进行分析,发现异构化反应的限度受团簇热力学稳定性的影响,提出一种线性方程lnK=0.391 9ΔE+0.435 7以预测团簇异构化反应的限度;多数构型通过一种或多种通道向构型2~((2))转化;构型1~((4))、2~((4))两者之间的反应为可逆反应,构型1(2)无异构化反应发生并且具有很好的稳定性,最终存在构型为1(2)、2~((2))、1~((4))、2~((4)),即戴"帽"三角锥和四角方锥两类构型。     

团簇Sc_3BP的动力学和热力学稳定性

根据密度泛函理论,基于Becke3LYP/Lanl2dz水平,运用QST2方法得到团簇Sc_3BP各优化构型间异构化反应的过渡态空间结构,再利用传统过渡态理论方法计算化学动力学中的速率常数。对优化后6种构型之间的异构化反应进行动力学和热力学稳定性的分析表明,三角双锥1(2)的稳定性最好,其他构型通过一种或多种方式向构型1(2)转化。热力学稳定性是异构化反应限度的影响因素之一,建立方程ln K=0.431 18ΔE-0.514 88来预测团簇Sc_3BP异构化反应的限度。     

团簇Sc3BP的动力学和热力学稳定性

根据密度泛函理论,基于Becke3LYP/Lanl2dz水平,运用QST2方法得到团簇Sc3BP各优化构型间异构化反应的过渡态空间结构,再利用传统过渡态理论方法计算化学动力学中的速率常数。对优化后6种构型之间的异构化反应进行动力学和热力学稳定性的分析表明,三角双锥1(2)的稳定性最好,其他构型通过一种或多种方式向构型1(2)转化。热力学稳定性是异构化反应限度的影响因素之一,建立方程ln K=0.431 18ΔE-0.514 88来预测团簇Sc3BP异构化反应的限度。     

团簇Sc3BP的结构与性质

为了深入了解Sc_3BP的结构与性质,本文基于拓扑学原理、密度泛函理论、B3LYP/Lan12dz水平对团簇Sc_3BP二、四、六重态进行全参数优化和相关频率计算,分析其能量、键级、键长、HOMO轨道和LUMO轨道。研究表明:优化后的构型为三角双锥、四棱锥、戴帽三角锥、平面四边形和平面五边形;构型1(2)的稳定性最好,4(6)稳定性最低;Sc-P,Sc-B键是团簇Sc3BP稳定性的主要贡献者;Sc作为潜在的活性位点是团簇Sc_3BP前线轨道的主要贡献者。构型2~((6))反应活性最好,1~((6))化学稳定性较好。     

团簇Ti3B2结构稳定性、成键及电子性质

为了解Ti-B体系的性质,采用密度泛函理论中B3LYP的方法对团簇Ti_3B_2的单、三重态进行全参数优化计算和相关频率的计算验证,得出8种稳定构型。对这些稳定构型的结构、成键情况以及电子性质进行分析。其中构型1~((3))的稳定性是所有优化构型中最好的,构型2~((3))和3~((3))互为对映异构体;Ti-B键对团簇Ti_3B_2的稳定性起重要作用;团簇Ti3B2中所有构型的电子都是由Ti原子流向B原子。     

团簇Sc_3B_2的结构与性质

利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/Lan12dz赝势基组水平下对团簇Sc_3B_2的二、四重态进行全参数优化计算和相关频率的计算验证,得出7种稳定构型。对这些稳定构型的能量、结构、成键情况和电荷进行分析,结果表明:团簇Sc_3B_2的优化构型以三角双锥型、戴帽三角锥型和四角锥型为主,仅一个平面五边形;所有优化构型中构型1~(2)的稳定性最好,二重态的稳定性均高于四重态的稳定性,多重度对结构稳定性影响较大;Sc-B键对团簇Sc_3B_2的稳定性起重要作用;金属原子Sc是团簇Sc_3B_2前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点。     

基于过渡态理论的团簇Ni3B2稳定性分析

为探究Ni-B微观结构的转化形式,通过密度泛函理论的方法,对Ni_3B_2的团簇构型进行优化,得到8种稳定构型。通过过渡态理论对稳定构型之间的转化形式进行动力学稳定性分析,结果表明,团簇最终能够稳定存在的构型按稳定性顺序依次是三角双锥1~((3))、平面五边形1~((1))和三角双锥2~((1))。     

团簇Co4P的热力学稳定性及电子性质

运用密度泛函理论,对团簇Co_4P在B3LYP/Lanl2dz水平下进行全参数优化和频率验证,排除含虚频和相同的构型后,最终得出6种稳定的优化构型,其中构型1~((2))最为稳定;各构型的能量由低到高依次为1~((2))1~((4))2~((2))2~((4))3~((2))3~((4)),且各构型的热力学稳定性相差不大;团簇Co_4P的电子转移方向为P→Co;各优化构型电子转移能力的大小关系为3~((4))2~((2))3~((2))1~((4))1~((2))2~((4));团簇Co_4P大部分电子的流向是由P-3p轨道和Co-4s轨道流向Co-3d轨道;Co-4s轨道与Co-3d、Co-4p轨道的布居数同时存在拮抗作用,Co-3d和Co-4p轨道的布居数存在协同作用;各构型轨道布居数变化量的波动范围较小。     

团簇Mo2S4的稳定结构和电子性质

根据密度泛函理论方法,在B3LYP/Lanl2dz水平下对已设计的团簇Mo_2S_4初始构型进行单重态和三重态的全参数优化计算,再排除同重态下相同构型及虚频不稳定构型后,得到10种优化后构型。各优化后构型的稳定程度为:1~((3))1~((1)) 2~((1))3~((1))4~((1))2~((3))3~((3))4~((3))5~((3))5~((1)),其中单重态的稳定性比三重态的稳定性好。团簇Mo_2S_4整体的电荷量和为0,呈电中性,各优化构型的电子流动性强弱与构型的空间结构有关,而与构型的自旋多重度无关,电子的流向主要由Mo原子流向S原子,Mo原子的5s、5p轨道与S原子的3p轨道是电子流动的主要贡献者。     

团簇Co_5B_2反应活性的DFT研究

采用密度泛函理论对团簇Co_5B_2在B3LYP/Lan12dz水平下进行研究,在考虑电子的自旋多重度的情况下对其结构、能量和前线轨道研究后得出以下结论:团簇Co_5B_2的8个稳定构型在二、四重态下具有3种结构,以单"帽"四角双锥结构为主;构型1~((2))能量最低,结合能最大,结构最稳定;团簇Co_5B_2的HOMO-LUMO图、能隙差和库普曼斯定理一致说明二重态构型的反应活性随能量的升高而增强,其中构型4~((2))最强,四重态构型除1(4)外,其余构型随能量的升高反应活性降低,其中构型2~((4))的反应活性最强。     

团簇Fe3Cr3催化性质与反应活性

基于密度泛函理论,获得团簇Fe_3Cr_3的优化构型。从前线轨道角度对其催化性质展开研究,结果如下:团簇Fe_3Cr_3可能具有以Fe原子为主、Cr原子为辅的双催化中心;构型8~((3))催化活性最强,构型5(1)最弱;团簇Fe_3Cr_3在作催化剂时具有较强提供电子的能力和相对较弱的接受电子的能力。另分析了三重态不同构型的反应活性,发现团簇Fe_3Cr_3提供电子的能力普遍比接受电子的能力强;构型3~((3))反应活性最弱而6~((3))较弱;构型7~((3))与8~((3))均具较强反应活性,且构型8~((3))提供电子的能力远大于接受电子的能力。此外,构型2~((3))在化学反应中活性一般。     

团簇Ni3CoP异构化反应

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Ni3Co P进行量子化学计算,得到其优化构型。以过渡态理论为基础,对团簇Ni3Co P优化构型间的异构化反应进行化学动力学与化学热力学两方面的研究以探究团簇Ni3Co P最终可稳定存在的形式。结果表明:团簇Ni3Co P不同重态间的构型不存在转化;热力学稳定性较好的三重态构型异构化的趋势小,可单独稳定存在的可能性大,仅存在构型4(3)与3(3)间的可逆转化;单重态构型的异构化反应以构型4(1)为起点,可直接或间接(以构型2(1)、3(1)为中间体)地向构型1(1)进行转化且反应的限度较大,说明构型1(1)是团簇Ni3Co P单重态构型的主要存在形式。     

团簇CoMg_2B_2的结构稳定性、成键及电子性质研究

在B3LYP/Lan12dz水平下分别以二、四重态对团簇CoMg_2B_2存在的所有构型进行全参数优化。排除虚频和相同构型后,得出7种优化构型。其中,二重态构型4种,四重态构型3种。对团簇CoMg_2B_2分析后得到以下结论:构型1(2)和1(4)分别是二重态和四重态下最稳定结构;Mg-B键和Co-B键有较强的成键作用;不管是二重态构型还是四重态构型,Co-B键和B-B键的键级都有一定的拮抗作用;所有构型的电子都是由Mg原子流向Co原子和B原子;优化构型中电子流动性大小的排序为:4~((2))>3~((4))>2~((4))>3~((2))>1~((4))>1~((2))>2~((2))。     

团簇Fe3Cr3异构转化热力学与动力学研究

依据密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下运用Gaussian09程序,对团簇Fe_3Cr_3初始构型作优化计算,共得到8种三重态优化构型.先后从热力学和动力学角度对根据过渡态理论所得4种异构化反应展开研究.结果表明,基础构型的能量越低即构型越稳定则易于转化,而能量越高即越不稳定则越不易转化.此外,研究预测团簇Fe_3Cr_3三重态构型所能发生异构化反应的平衡常数K值范围为26.84～1.78×10~(52);由构型的热力学函数变化量结合范特荷夫方程,可对常温下未知异构化反应的热力学函数变化量及反应在不同温度下发生时的限度进行预测.     

团簇Mn3BP的电子自旋密度

为研究团簇Mn_3BP电子自旋密度的性质,借助密度泛函理论(DFT),在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇Mn_3BP的全部可能构型进行优化和计算,得到二、四重态共有9种不同的优化构型;分析各构型的电子自旋密度对构型稳定性的影响。研究表明所有构型中B、P原子外是自旋向下的β电子(除了构型1~((4))外),B-P原子间电子分布为α电子过剩,金属原子Mn影响B-P原子成键时的电子分布;多重度不同但几何构型相同或相似的构型,四重态构型更稳定;电子自旋密度是影响构型稳定性的重要因素但不是唯一因素。     

团簇Ni3B2热力学稳定性及其催化性质

为研究Ni-B体系的微观性质,运用密度泛函理论(DFT)方法,在B_3LYP/Lan12dz水平下对Ni_3B_2团簇构型进行优化,得到8种稳定构型,通过热力学稳定性的分析可知,三重态稳定存在比例要高于单重态。通过对构型的原子间距及键级分析表明,Ni-Ni间距在小于0.240 nm时有利于团簇稳定,原子间距在0.240 nm到0.345nm之间不利于团簇的稳定;B原子近距离(小于0.170 nm)接触有利于团簇稳定,与文献中结论相符。依据前线轨道理论讨论了各构型参与反应能力,单重态能隙差普遍要低于三重态,参与反应能力更强。既能够稳定存在又具有较强参与反应能力的是平面构型4(3)和1(1)。     

基于密度泛函理论对团簇CrPS4的光谱分析

为快速、高效得到物质的谱图数据,利用计算化学方法,根据拓扑学原理,利用密度泛函理论,对团簇CrPS₄ 10种优化构型的红外光谱、拉曼光谱、偶极矩以及极化率进行了分析,并利用构型2~((4))的理论红外谱图与前人所得实际光谱图进行了对比。结果显示：CrPS₄红外光谱的波峰大致分布在300～700 cm^-1范围内,拉曼光谱的波峰范围主要分布在200～700 cm^-1范围内;团簇CrPS₄振动形式为伸缩振动时,其对入射光的吸收强度较大;在频率较低的波段,CrPS₄更易发生红外吸收,在频率较高的波段,更易发生拉曼散射;总偶极矩的排列顺序为2~((2))>6~((4))>4~((2))>3~((2))>3~((4))>4~((4))>1~((2))>2~((4))>5~((4))>1~((4)),偶极矩越大,红外活性越强;极化率大小关系满足5~((4))<1~((4))<6~((4))<4~((...     

探究团簇Fe4P的稳定结构

为进一步研究团簇Fe4P8种优化构型的稳定性,根据拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/lanl2dz较高量子化学水平下,从团簇Fe4P各构型所占比例、热力学稳定性以及各构型的电子自旋密度分布三方面对其进行研究发现:构型所占比例越高、校正能越低、结合能越高、吉布斯自由能变越低、内部原子成键强度相同或相近、外部电子分布...     

团簇V3B2的结构与成键的DFT研究

为深入了解团簇V_3B_2的结构和性质,基于密度泛函理论,在Becke3LYP/Lanl2dz量子水平下对团簇V_3B_2的几何结构及成键进行了系统的研究。对团簇V_3B_2的可能构型分别在二、四重态下进行全参数优化计算和频率验证,并结合E_(ZPE)数据表明构型1(4)最稳定;在合成路线3V+2B→V_3B_2中,各构型均能自发进行。对团簇各构型中各原子间成键行为分析发现,团簇中可能存在B-B近距离接触,金属原子V是体系的潜在活性位点。     

团簇MMoS4结构稳定及极性分析

为了探究团簇MMoS₄(M=Ni、Co、Fe)内部结构稳定性及极性,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/def2tzvp水平下运用Gaussian09软件对团簇MMoS₄稳定构型的态密度图、极化率、偶极矩进行计算分析。结果表明,团簇MMoS₄中构型1⁽(3))在外加电场作用下不易发生改变,其结构稳定性要优于其它构型;团簇MMoS₄各稳定构型除4⁽(3))外均为极性分子,并且构型1⁽(1))偶极矩最大,具有最强的分子极性;对态密度图的分析显示,团簇MMoS₄中p-d-d、p-d杂化作用较强,对团簇构型的稳定性影响较大。