金红石TiO2(011)表面的理论研究进展

基于密度泛函理论 (DFT) 的第一性原理 (First-principles) 计算方法，就金红石TiO₂(011)表面在理论方面的研究进展做了介绍.首先，通过阐述研究金红石TiO₂(011)表面的必要性和实验在其结构方面的研究进展，介绍了金红石TiO₂(011)表面的电子结构和光学性质，指出并验证了该表面对可见光有较强的响应能力.随后，介绍了金红石TiO₂(011)表面的缺陷和杂质，指出吸附H原子和形成O缺陷后还能显著增强其在红外区的红外吸收.在此基础上，不仅从理论上提供了一些传统实验所无法提及的数据资料，还弥补了相关实验在微观领域研究中的不足.最后，就目前金红石TiO₂(011)表面研究中存在的问题做了展望，指出金红石TiO₂(011)表面各种表面现象的微观本质是未来研究的重点内容.     

单层和双层氧化锌纳米管的稳定性和电子性质

运用第一性原理方法研究了单层和双层ZnO纳米管的结构稳定性和电子性质.结果表明,单层管的稳定性随着纳米管直径的增大而增大,而双层管的稳定性几乎与纳米管的直径和厚度无关,并且双层管的稳定性比单层管高.所有纳米管都显示了直接带隙半导体特性.其中,双层管的带隙比单层管的带隙大,并且几乎与纳米管的直径和厚度无关.由于量子尺寸效应,纳米管的带隙比纤锌矿体材料的带隙大.     

丁酸甲酯高温分解的过渡态理论研究(英文)

选取了丁酸甲酯高温分解的十三个反应路径中较为重要的两个反应:CH3OCO=CH3+CO2(R1)和CH3OCO=CH3O+CO(R2).使用密度泛函理论方法在B3LYP/TZVP基组水平上寻找了反应的过渡态,并且得到了两个反应的势能曲线.R1的势垒高度远远低于R2,同时R1的产物CH3和CO2拥有较低的能量,处于相对稳定的状态.因此,反应CH3OCO=CH3+CO2更容易发生.结论为丁酸甲酯的动力学模型研究提供了一定的理论依据.     

第二受体单元对三苯胺类敏化染料性能影响的计算

为了提高三苯胺类有机染料的性能,在具有D-π-A构型的染料B1的基础上,通过引入不同的第二受体单元A′,设计了6种新的D-A′-π-A型染料。根据计算化学中的密度泛函理论,对染料分子进行构型优化、电荷分布、能级等研究。结果表明,所设计的6种分子都可以保持稳定的空间结构,第二受体单元的引入降低了分子的带隙,拓宽了吸收范围,使最大吸收波长发生了明显红移。与B1(396.6nm)相比,6种染料的红移顺序为B1-PDP(418.4nm)B1-Qu(452.7nm)B1-BTZ(469.3nm)B1-BTD(482.6nm)B1-DPP(522.0nm)B1-BOD(530.8nm)。综合分析可知,B1-BOD,B1-BTD,B1-DPP在理论上具有更优的性能。研究可为设计和合成性能良好的染料分子,进一步提升染料敏化太阳能电池的光电转化效率提供理论支持。     

D_(3h)CN_3X_3~+(X=Si,Ge,Sn,Pb):不含硼的平面六配位碳分子

平面六配位碳(phC)是碳原子的一种非经典成键方式。目前绝大部分的phC分子都是以B原子作为关键配体。文章以本课题组之前设计的不含硼phC分子D3hCN3Be+3为基础,通过"准等价"替换的方式设计了一系列不含硼的phC分子D3hCN3X+3(X=Si,Ge,Sn,Pb)。电子结构分析表明这些分子内的共价相互作用与静电相互作用都具有夹心键合的特点,这对拉近C-X的距离起到了至关重要的作用,而分子整体的芳香性对保持分子的平面性至关重要,二者的共同作用使phC在这些分子中得以稳定化。分子的电子亲和能按照从Si到Pb的顺序依次减小。这些不含硼的phC分子都有三对与单线态卡宾类似的孤对电子,这使得它们在分子催化领域具有潜在的应用价值。     

O2在Ta-Fe共掺杂的Pd基核壳结构纳米线催化剂上的吸附和解离

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了O2在Ta-Fe共掺杂的Pd基核壳结构纳米线催化剂(简写为Ta3Fe1@Pd20)上的吸附和解离。研究结果表明,O2的解离势垒只有0.43e V,很容易在Ta3Fe1@Pd20上解离。     

分子非线性光学性质的量子化学研究

非线性光学是研究介质在强光作用下产生的非线性光学现象及其应用.以有机非线性光学材料苯并噻唑衍生物和花青苷衍生物共6个分子为代表,根据密度泛函理论优化其分子结构,从而得到它们稳定的分子构型,通过分析键长键角、共轭链长度、轨道图像、跃迁能振子其强度以及二阶非线性光学系数Btol值等数据,得出Btol正比于跃迁偶极距,反比于跃迁能,所以增加的跃迁偶极距和红移的光谱吸收峰会导致Btol增大.     

可动边界高阶系统最优控制的必要条件研究

最优问题实际上是一个求极值问题,而变分法就是用来求泛函极值的一种方法。因此根据二阶导数在可动边界条件下的泛函极值定理,对高阶导数在可动边界条件下的泛函极值问题作进一步推广,从而给出了可动边界的高阶系统最优控制的必要条件及其证明。