基于密度泛函理论分析团簇Co_(n)MoS(n=1~5)电子性质、光学性质及磁性

为了从理论层面深入探究团簇Co_(n)MoS(n=1~5)的电子性质、光学性质及磁性,弄清其内在关联,依据拓扑学原理和密度泛函理论,在B3LYP/def2-TZVP量子化学水平和多个自旋多重度下对该团簇进行结构优化并分析。结果表明:团簇Co_(n)MoS共有21种稳定构型;通过对NPA(自然布居分析,natural population analysis)电荷、静电势、亲电指数、电离势、光学电负性和折射率等分析得出,金属原子有高概率失去电子,非金属原子相对更容易得到电子,团簇Co_(5)MoS中的构型5a在最稳定构型中有高的得失电子能力、反应活性和折射率,Co和Mo原子易发生亲核反应,S原子易发生亲电反应;对该团簇自旋布居数、原子磁矩、轨道磁矩和态密度分析发现,该团簇磁性主要由Co原子的d轨道提供,且团簇Co_(3)MoS表现出了比其它尺寸团簇更为稳定和优异的磁性。最终得出团簇Co_(3)MoS在磁性方面有较好的表现且构型5a在活性和光学领域有一定的潜力。

酚酞指示剂变色原理的计算化学实验研究

针对无机化学课程中最基础的酚酞变色反应,设计了一个面向化学专业大三年级本科生结构化学课程的计算化学实验。应用高斯程序研究酚酞变色反应历程,通过变色前后紫外-可见吸收光谱变化的宏观现象,引导学生从多个微观角度理解酚酞变色反应机理,进行分组知识拓展训练,形成“课堂-微课题-翻转课堂”的科创培育模式。

1-乙基-3-甲基咪唑阳离子与天冬酰胺阴离子的相互作用

利用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311+G(d,p)水平上,对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[Emim]+与天冬酰胺阴离子[Asn]-形成的氨基酸离子液体气态阴阳离子对([Emim][Asn])进行理论研究.通过几何结构优化和频率分析得到势能面上的五个稳定构型.[Emim]+和[Asn]-之间能够形成较强的氢键相互作用,零点能校正后的能量在-373.96至-326.28kJ·mol-1之间.其稳定化能主要来源于[Asn]-中羰基O的孤对电子lp(O)与[Emim]+中C—H反键轨道σ*(C—H)之间的相互作用:lp(O)→σ*(C—H).红外光谱特征和自然布居分析(NPA)计算表明咪唑阳离子中参与形成氢键的C—H键振动的红移值、阴阳离子间的电荷转移与氢键相互作用能成正比关系.分子中的原子(AIM)理论分析得到[Emim]+和[Asn]-之间的氢键相互作用以静电作用为主.通过计算结果初步探讨影响氨基酸离子液体玻璃化温度Tg的结构因素.

O-羟丙基-N-烷基壳聚糖合成的理论研究

设计O-羟丙基-N-烷基壳聚糖合成路线,采用密度泛函理论的B3LYP/6-311+G(d,p)方法,对相关物种进行分子结构优化,所得构型均为稳定构型.对各阶段反应物分子的NBO电荷分布、键级进行模拟计算,讨论了分子的反应活性和反应位点.对各阶段反应物分子的前线轨道(FMO)进行模拟计算,分析计算结果,预测了实际反应可能发生的位点.本文研究结果为两亲性壳聚糖改性提供了一定的理论参考价值.

氟代吡啶阳离子的理论研究

利用量子化学密度泛函理论B3LYP方法及 6 31G(d ,p)、6 311G(d ,p)、6 31+G(d ,p)和 6 311+G(d ,p)基组对五氟代吡啶、2 ,6 二氟代吡啶和 2 氟代吡啶分子的阳离子进行了计算研究 .B3LYP构型优化和频率分析计算结果表明这三种氟代吡啶阳离子的结构分别具有C2v、C2v和Cs 对称性 ,电子基态分别为2 A2 、2 A2 和2 A″ .对离子和分子的计算构型做了比较 .利用B3LYP方法和不同的基组对这三种阳离子及其分子进行了自然布居分析计算 .用B3LYP方法对这三种阳离子 (自由基 )中的超精细结构进行了计算 ,对五氟代吡啶、2 ,6 二氟代吡啶和2 氟代吡啶分子的垂直电离势和绝热电离势进行了计算 。

I_2与HF、H_2O和NH_3之间相互作用的从头算研究

采用从头算理论,在MP2(full)/6-311++G(3 d,3 p)水平下,通过对HF、H2O和NH3与I2的分子间相互作用进行了研究。研究发现在HF、H2O和NH3与I2之间存在卤键和氢键两类稳定二聚物。相互作用能分析和自然布居分析(NPA)都表明卤键二聚物比相应的氢键二聚物要稳定,而且卤键二聚物的相互作用能按HF<H2O<NH3增大,氢键二聚物的相互作用能按HF>H2O>NH3减小。

半胱氨酸阴离子与咪唑阳离子间相互作用的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子和半胱氨酸阴离子形成的气态阴阳离子对([Emim][Cys])进行理论研究.通过几何结构优化以及频率分析得到势能面上7个稳定的离子对构型.计算结果表明[Emim]+和[Cys]-之间存在较强的氢键相互作用,其稳定化能主要来源于[Cys]-中羰基O的孤对电子lp(O)和[Emim]+中C—H反键轨道σ*(C—H)之间的相互作用,lp(O)→σ*(C—H).[Emim][Cys]_S1是最稳定的离子对构型,考虑BSSE的相互作用能为-387.66kJ/mol.从NPA和NBO分析以及AIM(Atomsin Molecules)计算等方面阐述了半胱氨酸阴离子与咪唑阳离子之间氢键相互作用的本质,并初步探讨了阴阳离子对相互作用对氨基酸离子液体性质的影响.

气态二聚体[C_(1～6)mim]_2[BF_4]_2纳米微观结构的理论研究

在B3LYP/6-311+G(d,p)的水平上采用密度泛函理论研究了[C_nmim]+(n=1~6)与[BF_4]~ˉ形成二聚体[C_nmim]_2[BF_4]_2(n=1~6)的微观纳米结构。通过理论计算二聚体的相互作用能量发现,阴阳离子之间存在较强的氢键作用,且随着咪唑鎓烷基链的增加相互作用能也随之增加,另外,烷基侧链的长度会影响氢键强度。当咪唑鎓烷基侧链中C的个数大于4时,烷基尾部能够发生聚合,从而形成类胶束纳米结构。通过对自然布居分析、自然键轨道以及弱相互作用的分析和计算,同样证明了二聚体中存在较强的氢键作用,烷基侧链中碳的个数影响了离子液体的微观结构。