多组态密度泛函理论及透热与绝热势能面的构建

介绍一种基于价键理论框架的多组态密度泛函理论(MSDFT),并以氢气(H2)分子解离过程及硝酸(HNO3)分子在水溶液中的质子转移过程为例,阐述了MSDFT方法的有效性.结果表明,对于H2分子的解离过程,MSDFT方法克服了以往单行列式密度泛函理论(DFT)的弊端,可给出正确的解离曲线,同时由于通过组态相互作用引入了静态电子相关的贡献,其计算精度可接近CASPT2水平;对于HNO3分子在水溶液中的质子转移过程,MSDFT方法可直接构建质子转移的透热势能曲线以及相应的非绝热耦合矩阵元,另一方面通过引入离子组态的贡献,可显著提升其计算精度,使其计算结果与精确结果相吻合.

RDX分子内振动能量重分配的动力学研究

基于从头算分子动力学(Born-oppenheimer moleculardynamics,BOMD)模拟,构建了环硝胺六氢-1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪(RDX)单分子不同振动模式之间的耦合矩阵,并计算了在不同加载能量下从低频振动模式到高频振动模式的最优能量传输路径.结果表明,RDX单分子中—NNO_(2)基团更有利于能量局域化,振动模式v_(3)和v_(4)在从低频振动模式到高频振动模式的能量传输过程中扮演着重要角色.通过对v_(3)和v_(4)两个振动模式的进一步分析发现,加载能量的不同会导致RDX单分子能量传输路径的不同.当加载能量较低时,RDX单分子倾向于从低频振动模式到中频振动模式再到高频振动模式的能量传输路径;当加载能量较高时,能量更倾向于从低频振动模式直接传输到高频振动模式上.揭示了RDX分子内振动耦合能量转移的微观机制,为进一步探索RDX将“机械能”转化为“化学能”的微观过程提供了理论基础.

光诱导分步分态的苯型脱芳构化反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)研究了一类重要的含有杂原子的光催化苯型脱芳反应.研究结果表明,该脱芳反应是一个分步分态的[4+2]环加成反应,即前一步脱芳发生在三重态,后一步脱芳发生在单重态基态.其中,苯乙酮基团可被看作为光的接收装置,吸光后使得体系从单重态经内转换和系间窜越无能垒到达三重态,并在三重态完成质子转移生成具有反应活性的双烯,进而引发后续的脱芳反应.更重要的是,通过构建势能面发现该反应具有高度的立体选择性,与实验结果完全相符.

单重态氧气分子的电子结构排布

单重态氧气分子是一种十分重要的“活性氧”(ROS),在燃烧、医疗、生物、材料等诸多领域扮演着十分重要的角色。单重态氧气分子电子结构介绍是“光化学”及“量子化学”课程中的重要内容。借助群论、波函数分析及高精度量子化学计算方法对单重态氧气分子的电子结构进行研究,通过对单重态氧气分子的电子结构排布方式的解析,帮助学生认清氧气分子电子结构排布方式和波函数之间的关系。

多共振热激活延迟荧光过程的理论研究

本工作借助第一性原理和动力学演化,系统地研究了四个叔丁基-咔唑及吩噻嗪取代的硼-氮化合物(BCz-BN、2PTZ-BN、Cz-PTZ-BN和2Cz-PTZ-BN)的多共振热激活延迟荧光的高效发光机制.结果表明上述分子T_(1)与T_(2)间的内转换速率远大于其它辐射与非辐射速率,同时T_(2)到S_(1)的反向系间窜越速率也高于T_(1)到S_(1)的反向系间窜越速率,因此其多共振热激活延迟荧光过程应遵循T_(1)→T_(2)→S_(1)→S_(0)的路径.进一步动力学演化表明,T_(1)与T_(2)之间的内转换主要发生在演化初期,随着时间的推移,能量逐渐由T_(2)向S_(1)转移,并最终在S_(1)完成荧光发射.上述研究揭示了多共振延迟荧光的微观本质,为未来设计及合成新的多共振热激活延迟荧光分子提供了理论依据.

基础理论纵贯化学学科:吉林大学“统计力学与分子模拟”课程建设

化学的基础理论的演进不断重塑着化学学科。传统的教学体系所依据的理论范式落后于现代化学理论的发展。吉林大学化学学院面向本科学生开设了“统计力学与分子模拟”课程。针对吉林大学本科学生的特点,精心安排了教学内容,通盘考虑知识体系的衔接,优化了教学方法。同时,淬炼了课程中的思政元素,从而在思想、道德、知识等3个方面进一步提升学生的综合素质。