锑烯表面铀、钍、钚的吸附性能研究:线性响应方法结合密度泛函理论

基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)研究了锕系元素铀(U)、钍(Th)、钚(Pu)在二维金属材料锑烯表面的吸附特性。采用线性响应法拟合得到描述铀、钚5f轨道电子强格点库仑作用的哈伯德U值分别为2.24 eV和2.84 eV。利用DFT+U计算发现,锑烯难以吸附钚原子(吸附能为负值),而对铀、钍原子具有较强的表面化学吸附以及丰富的稳定吸附位点。铀和钍原子能量上最稳定的吸附位点分别为桥位——孔位之间和孔位,吸附能分别为4.40 eV和3.62 eV。通过电子结构、电荷转移和最高占据态轨道波函数分析发现,铀、钍原子使锑烯的带隙中出现杂质态,并与锑烯之间通过强p-d轨道耦合使其稳定吸附。进一步计算了吸附率随温度的变化,得出铀和钍在锑烯表面的解吸温度分别达到837 K和660 K。结果预示锑烯是一种良好的铀、钍吸附材料,在海水提铀等领域具有潜在应用。

二元混合高分子刷溶剂响应特性的分子机制--密度泛函理论

采用加权密度近似密度泛函理论研究了二元混合接枝高分子刷在不同性质溶剂诱导下的垂直相分离情况。计算发现,对于具有一定相容性的等链长和等链节间相互作用能的二元混合接枝高分子刷,在非选择性溶剂中,不良溶剂使得高分子刷收缩,良溶剂使得高分子刷溶胀,但不会发生垂直的相分离;在选择性溶剂中,混合高分子刷可以在溶剂诱导下发生垂直相分离,亲溶剂的高分子链出现在高分子刷的表层,憎溶剂的高分子链蜷曲于高分子刷的底层,接枝高分子刷表现为亲溶剂性质;溶剂的选择性越大,两种接枝高分子链的相容性越差,越容易分层。

基于密度泛函理论的含La铁基磨矿介质模型建立及其电子结构性质研究

硫化矿浮选之前需要经过磨矿处理,使用耐腐蚀合金材料制备磨矿介质,可以有效减少铁氧化产物的生成,从而有利于硫化矿物的浮选回收。掺杂微量的La可以有效提高铁基合金的耐腐蚀性能,因此含La元素铁基合金材料具有成为新型磨矿介质用于强化硫化矿浮选回收的潜力。本文分别使用原子替换法与混合原子法在α-Fe晶体中掺杂La元素,构建具有不同La元素含量的铁基磨矿介质模型,比较使用这两种方法获得的计算结果,考查更适用于构建含La铁基磨矿介质模型的方法。此外,运用密度泛函理论对具有不同La元素含量的铁基磨矿介质的晶体结构、表面结构与电子性质进行了研究,研究结果可以为开发新型耐蚀磨矿介质促进硫化矿浮选回收提供一些理论参考。

密度泛函理论处理激发态与多重态结构研究进展

用密度泛函理论处理分子激发态和电子多重态结构是密度泛函理论发展的重要方面 ,研究工作一直很活跃。

态定(线性响应)-极化连续模型/含时密度泛函方法研究一种有机发光材料的吸收和发射光谱(英文)

3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(3-[9-(2-乙基-己基)-咔唑基]-乙烯基)环己烷(DCDHCC)是一种用于光电器件中的有机染料,它具有良好的发光特性.我们使用含时密度泛函方法(TD-PBE0,TD-BMK和TD-M06)以及极化连续模型(PCM)计算了该材料在溶剂中的吸收和发射特性.计算中使用了线性响应(LR)、态定(SS)两种溶剂模型和6-31G(d)、6-31+G(d,p)两种基组.计算了DCDHCC在苯、四氢呋喃和丙酮溶剂中的吸收和发射光谱,并与实验观测进行了比较.结果表明:对于吸收光谱的计算,杂化函数的影响大于基组和溶剂模型,在三种函数中BMK更适于研究DCDHCC的吸收光谱;而对于发射光谱,基组的影响最大,基组通过影响激发态构型从而影响发射光谱,对于激发态构型的优化需要使用6-31+G(d,p)基组.我们希望这些研究能对今后设计类似的发光分子有帮助.

高含量卡托辛合成的理论与实验研究

2,2′-双(乙基二茂铁)丙烷(卡托辛)是一种综合性能优良的高效液体燃速催化剂,主要包含4种乙基取代位置不同、物理和化学性质均很相近的卡托辛同分异构体和不同取代基的双二茂铁丙烷,其中卡托辛同分异构体与其他双二茂铁丙烷很难分离。首先,采用密度泛函理论(DFT)方法模拟确定了4种同分异构体的结构,分别获得4种同分异构体的^(1)H-NMR和^(13)C-NMR理论谱图。其次,计算研究了合成过程中温度对产物中4种同分异构体含量的影响。最后,在理论合成条件的指导下,以高纯度乙基二茂铁和丙酮为原料、浓硫酸为催化剂,合成了卡托辛粗品。结果表明:利用惰性气体辅助蒸汽蒸馏法得到纯度大于99.0%的卡托辛同分异构体,收率高于94.0%,并通过核磁共振法确定了其结构。

层间水含量对Mg_3Al-LDHs-Cl力学特性的影响

构建水滑石(Mg3Al-LDHs-Cl-nH2O)周期性计算模型,采用密度泛函理论-赝势平面波法的CASTEP/LDA(局域密度近似)程序,在CA-PZ水平上对模型进行几何全优化和弹性常数计算.从弹性常数Cij、切变模量、杨氏模量和泊松比等方面研究了层间水分子含量(n)对材料力学性质的影响.计算结果表明,层间水分子含量对材料的力学性质有很大的影响.层间水分子能提高体系总体的抗压性能,当n=1时,材料的抗压性能最好;当n=2时,材料的抵抗剪切变形的能力最差,体系最柔软.层间水分子对材料杨氏模量的影响较大,对泊松比的影响并不明显.且层间水分子对材料横向的力学性能起到平均化作用,最终使材料在x轴和y轴方向上的抗压性能和膨胀率趋于一致.

可见光响应光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)及其固溶体的电子结构

基于密度泛函理论(DFT),采用平面波赝势(PWP)以及广义梯度近似(GGA)方法,对可见光响应的光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)及其固溶体进行电子结构的第一性原理计算.结果表明,光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)和K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)的导带分别主要由Ta5d和Nb4d组成,处于高能级的电子未占据态的Ce4f与其有很明显的重迭,但由于其高度局域特性,不能很好地参与光生电子在导带中的传导,从而对光催化活性的贡献很小;而其价带则由O2p与Ta5d(Nb4d)的杂化轨道组成,同时电子占据态的Ce4f对价带也有一定的贡献,各个电子轨道对能带结构的贡献决定了该系列可见光响应光催化剂的物理化学和光催化特性.固溶体系列中随着Nb含量的增加,其吸收光谱依次红移,带隙变窄,导带底变低,光生电子的还原能力降低.在固溶体K_4Ce_2Ta_(10-x)Nb_xO_(30)(x=2,5,8)中,由于Ce4f轨道对价带顶的贡献相对较小,固溶体的价带顶低于K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)的价带顶,光生空穴的氧化能力相对较强.该系列光催化剂的电子结构分析结果与光催化水分解的活性实验结果有很好的一致性.

硼元素含量对非晶态合金Co-Ni-B磁性的影响

为探究不同B元素含量对非晶态合金Co-Ni-B体系磁学性质的影响,在已有Co-Ni原子比例基础上分别构建出单硼模型Co3NiB与双硼模型Co3NiB2.基于密度泛函理论在B3LYP/Lanl2dz水平下运用Gaussian09和Multiwfn程序对各团簇模型进行相关理论计算,通过着重分析不同团簇模型s、p、d轨道上未成对电子数和态密度图发现,无论是单硼模型还是双硼模型,团簇的磁性均主要由d轨道中自旋向上的α成单电子贡献;仔细研究团簇的态密度图发现,α电子与β电子在一定条件下可以相互转化,且针对不同的轨道使电子自旋方向发生改变的能量值不同;从电子自旋态密度入手对团簇进行分析发现,所有构型s轨道一定会在某处发生电子自旋方向的改变,d轨道则无此现象,而从未被探究过的p轨道同s轨道一样,其上电子的自旋方向一定会在某处发生改变,这从理论上对Stern-Gerlach实验的结论进行了有力的论证与补充.

Bi含量对溴氧化铋光催化性能的影响

采用水热法和溶剂热法制备BiOBr、Bi_(3)O_(4)Br和Bi_(4)O_(5)Br_(2)三种光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)与紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)表征光催化剂的晶体结构、表面形貌和光学性能,利用密度泛函理论计算光催化剂的能带结构和态密度,在可见光照射下,通过降解RhB考察光催化剂的活性。结果表明,Bi的含量会影响光催化剂的导带位置和禁带宽度,Bi_(4)O_(5)Br_(2)光催化剂降解效果最好,能够在50 min内将RhB完全降解。自由基捕获实验证明,超氧自由基(·O_(2)^(-))是光催化降解RhB的主要活性物质。

硫化镉/石墨烯复合光催化剂的微波水热合成及DFT研究

采用微波水热法制备了CdS/rGO纳米复合光催化剂,通过XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM对其结构和形貌进行了表征,结合UV-Vis和密度泛函(DFT)计算对异质界面的电荷转移机制进行了研究。结果表明所得复合材料中CdS分散性好、显示出较高的可见光催化活性和光稳定性。当rGO含量为0.5 mg/mL时复合材料的光催化性能最佳,可见光照射120 min后亚甲基蓝(MB)的光降解率达到94.40%,且五次循环实验光催化效果接近。界面相互作用、差分电荷密度、平均静电势等计算结果表明CdS与rGO通过范德华弱相互作用形成稳定异质界面,电荷由CdS向rGO转移,电子和空穴在两相界面实现了有效分离,因而材料的光催化性能得到增强。

分子平面性对其双光子吸收特性影响

利用基于密度泛函理论水平下的响应场方法,研究了新近合成的双光子有机分子的非线性光学性质.计算结果表明,该类分子具有较好的双光子吸收特性,分子的官能团供需电子的能力、分子的平面性都是影响分子双光子吸收特性的重要因素.

吲哚咔唑异构体的电子结构和光学性质

分别采用密度泛函理论(DFT)和单激发组态相互作用(CIS),在6-31G(d,p)基组水平上优化了5个吲哚咔唑分子的基态和激发态结构.在此结构的基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT)在相同基组水平和极化连续介质模型(PCM)下计算了模型分子的吸收和发射光谱.这几个吲哚咔唑异构体的发射光谱有明显的差别,如异构体5([3,2-b]型)有较大的振子强度,但是相对于其他异构体,其发射能量最小;异构体4([3,2-a]型)的发射能量最大;异构体2([2,3-b]型)的最大振子强度在250-450 nm范围内,与其他几个分子相比为最小.这主要是由分子的激发态几何变化和轨道能级的不同导致的.本文还考察了这类分子的一阶超极化率,结果显示5个分子极化率在同一水平,但静态第一超极化率(β0)有明显差别,异构体2的β0值最大.

Na_2对超短激光脉冲的响应

应用时间相关的局域密度近似模型研究了Na2 价电子对超短激光脉冲的响应 .分别计算了电场极化方向平行和垂直于两原子轴线的情况 ,结果表明Na2

碳纳米管掺杂影响液晶物理参数与显示性能的实验及第一性原理计算

将4"-正戊基-4-氰基联苯(5CB)液晶与液晶4-[反式-4-[(E)-1-丙烯基]环己基]苯腈以5:1的比例混合,并将预处理的碳纳米管分别与5CB单晶和混晶复合,测试两种掺杂碳纳米管的液晶的光电和介电性能。结果表明:碳纳米管的掺入影响了液晶体系的阈值电压和介电各向异性,其中介电各向异性的增幅最高达到4.671%,并且展曲弹性常数也有所增大;碳纳米管的掺入也影响液晶体系的响应时间和粘滞系数,其中粘滞系数的降幅最高达到25.131%。实验还表明,混晶的介电各向异性高于单晶,且其响应时间和粘滞系数的降幅均比5CB单晶明显。混晶的更大优势是,与碳纳米管复合、改善复合体系的物理参数和显示性能。同时,理论研究结果表明,碳纳米管与液晶分子的结合能介于液晶分子与液晶分子、碳纳米管与碳纳米管之间,并且在液晶分子的诱导下碳纳米管产生诱导偶极矩,印证了碳纳米管掺杂可提高液晶的介电各向异性、降低其响应时间的实验结果。