高斯软件在中学化学教学中的应用

高斯是一款专业的计算化学软件。结合中学化学的学科特点和中学生的实际情况,探讨在中学化学的教学中应用高斯软件建立分子结构模型、显示分子轨道、研究分子性质和反应机理以及反应动力学等问题。高斯软件的应用不仅使中学化学中抽象的、枯燥的、深奥的内容变得直观化、生动形象化,还能有效地激发学生的学习兴趣、活跃课堂气氛,更有助于学生对知识的理解和创新思维能力的培养,从而提高了教与学的效率。

利用高斯软件构建四重表征认识路径的教学探索——以“离子键”概念本质的教学为例

利用高斯软件模拟钠离子与氯离子逐渐形成离子键的动态过程,同时外显此形成过程的能量曲线,帮助学生建立能量观和结构观相结合的认知模型,从而通过“四重表征”降低了离子键概念学习的抽象性,促进学生通过多重视角对相关内容获得整体理解和认识。

利用量子化学高斯软件辅助工科教学——以能源、环境、化工学科为例

介绍了量子化学高斯软件在能源、环境和化工等大学传统工科教学中的应用,并结合3个具体实例羟基自由基与臭氧的基元反应、一氧化氮与羟基自由基的基元反应和甲酸超临界水气化制氢的反应路径进行了详细说明.实践表明,采用该方法可以使工科生从微观层面去洞悉化学反应的内在规律和本质问题,从而加深学生对“微观化学知识”的理解,激发学生对深层次“微观化学知识”探求的积极性和热情,产生了良好的教学效果.

高斯软件模拟转谷氨酰胺酶交联大豆分离蛋白机理的研究

为了进一步验证转谷氨酰胺酶(TGase)交联大豆分离蛋白(SPI)作用机制,本研究通过计算化学方法模拟催化过程,利用在多相催化和生物催化领域来预算物质结构中经常使用的高斯软件(Gaussian)对TGase交联SPI作用机制进行模拟,经计算确定了转谷氨酰胺酶活性中心5个氨基酸连接的最佳结构。对酶催化SPI赖氨酸和谷氨酰胺脱氨反应过程进行了模拟。通过计算发现,在8种可能脱氨的方式中,只有2种方式的反应能顺利进行,每种方式各占一定比例,即谷氨酰胺脱γ位酰胺的氨基与赖氨酸ε位氨基氢、谷氨酰胺脱α位氨基与赖氨酸ε位氨基氢发生脱氨反应,反应过程的能垒分别为49.50和44.35kcal/mol。SPI发生随机交联可生成高分子聚合物,改变SPI的功能特性,提高大豆分离蛋白的凝胶强度。

丙酮-甲醇共沸体系分离及工业流程优化

为了有效地分离丙酮-甲醇共沸混合物实现工业化应用,在101.3 kPa下测定了[BMMIM][Ac](1-丁基-2,3-二甲基咪唑醋酸盐)作为萃取剂的三元气液相平衡数据。实验结果表明:离子液体的加入会使体系产生显著的盐析效应。丙酮-甲醇物系的相对挥发度随着体系中离子液体摩尔分数的增大而增大。当离子液体摩尔分数达到一定时共沸现象消失。分析实验数据并关联NRTL模型,得到二元交互作用参数和最小打破共沸所需离子液体摩尔分数为0.019 7,利用Gaussian 09软件在分子水平上计算出两两分子间相互作用能来探究分离机理。采用Aspen Plus软件对丙酮-甲醇体系进行了萃取精馏过程模拟,在保证塔顶产品丙酮和甲醇产率摩尔分数均为99.99%的条件下优化最佳工艺参数。表明以[BMMIM][Ac]为萃取剂萃取精馏丙酮-甲醇共沸物具有良好效果。

乙酸乙酯-乙腈-离子液体三元混合物气液相平衡

为有效分离乙酸乙酯-乙腈共沸混合物,对含有离子液体的共沸体系进行了研究。在101.3 kPa下,对乙酸乙酯-乙腈-[N_(1,1,1,1)][NTF_(2)](四甲基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺盐)或乙酸乙酯-乙腈-[N_(2.2.2.2)][NTF_(2)](四乙基铵双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺盐)三元物系的等压气液相平衡数据进行测定,探讨了2种离子液体对乙酸乙酯-乙腈的气液相平衡的影响。实验结果表明:离子液体的加入会使体系产生显著的盐析效应。乙酸乙酯-乙腈物系的相对挥发度随着体系中离子液体的摩尔分数增大而增大,当离子液体达到一定摩尔分数时共沸现象消失。分析实验数据并关联NRTL模型得到二元交互作用参数,计算出2种离子液体最小打破共沸所需摩尔分数分别为0.019和0.035,使用Aspen Plus软件模拟工艺流程并优化工艺参数,使用高斯软件计算三元组分各个分子间相互作用能进行机理分析。

芴类化合物光电性能的高斯模拟对比

含芴结构的化合物被广泛用于有机光电领域。光电性质的理论模拟计算对设计合成性能卓越的有机光电材料具有一定指导作用。根据密度泛函理论,对两种芴类化合物的光电性能进行了模拟计算。这两种化合物在化学结构上的区别在于芴单元是否含有氧杂环丁烷基团。结果表明:氧杂环丁烷基团可以促使芴类衍生物分子偶极矩增大,从而增加其在极性溶剂中的溶解性;但氧杂环丁烷基团对芴类分子的能级、吸收光谱等光电性能几乎没有影响。

生化药品的太赫兹光谱和红外光谱模拟

用高斯软件对光气、路易氏气、沙林等的红外光谱和太赫兹光谱进行了理论模拟。这三种生化药品红外光谱的模拟结果,说明用高斯软件进行生化药品的太赫兹光谱检测有重要意义,理论模拟的三种生化药品的太赫兹谱为今后用太赫兹辐射探测生化药品提供了重要的信息。

Pt/PZT铁电薄膜结晶性能与界面结构研究

锆钛酸铅[Pb(ZrxTi1-x)O3,PZT]薄膜具有优异的铁电性能,其中以(111)取向的PZT薄膜铁电性能更优异。目前对影响PZT薄膜取向生长的因素还未完全研究清楚,而PZT薄膜制备中,薄膜的择优取向生长控制是薄膜制备工艺的难点。采用TEM观察界面微观结构,利用高斯软件在TPSS/def2-TZVP水平下计算优化出PbxPt团簇分子的结构,发现界面层上形成的这类分子属于量子点范畴,结构上与PZT薄膜(111)晶面取向相似。提出高温退火生成的大量PbxPt团簇分子是(111)晶面取向生长的"诱导剂",控制界面层这种物质的生成和扩散可以控制PZT薄膜(111)取向生长。

Fenton法对有机物降解的定量构效关系

以偶氮苯、蒽醌、2-氯苯酚、皂黄、苯磺酸、硝基苯、邻硝基苯胺、对氨基苯磺酸、对二甲氨基苯甲醛、甲基红、2,4-二硝基苯肼、间甲酚紫等12种不同结构的有机化合物为研究对象,得到Fenton法处理条件下有机物以色度为表征的降解率,即色度去除率,初步分析了有机物以色度为表征的降解速率常数与有机物结构的关系。随后运用化学软件Gaussian09软件的密度泛函理论B3LYP/6-311g(d,p)方法计算得出12种有机化合物的9个量子化学结构参数,对有机物以色度为表征的降解速率常数与结构参数之间的关系进行分析,结果表明有机物的偶极距μ、结构体系内C原子NBO电荷最小值qc-、最低未占有轨道能ELUMO三个量子化学参数与其有机物以色度为表征的降解速率常数显著相关,据此可为开展Fenton法降解有机物构效关系的定量建模研究奠定理论基础。

芴类衍生化合物光电性能的密度泛函模拟计算

芴结构的化合物广泛被用于有机光电领域。光电性质的理论模拟计算对设计合成性能卓越的有机光电材料具有一定指导作用。根据密度泛函理论,采用高斯软件针对芴类衍生化合物的偶极矩、HOMO与LUMO的具体分布情况及吸收光谱等光电性能进行了模拟计算,研究了氧杂环丁烷基团、砜基和胺基的引入对芴类衍生物光电性能的影响。结果表明:氧杂环丁烷基团对芴类分子的光电性能几乎没有影响;砜基和胺基的引入能分别降低芴类衍生物的LUMO能级与HOMO能级;含砜基和胺基的芴类衍生物偶极矩较大,极性溶剂可作为其良溶剂。

吗啡拉曼光谱的密度泛函理论计算及其应用研究

本课题基于密度泛函理论的吗啡类分子结构与光谱的研究,利用6-311+G*机组对吗啡类毒品分子进行几何构型优化,并通过频率计算,获得吗啡类毒品的拉曼光谱,在此基础上,用高斯计算软件对分子的振动模式进行详细的分析,探讨吗啡类分子理论计算拉曼光谱与实际检测拉曼光谱的差异,得到其识别模型,为吗啡类分子实际检测提供理论基础,以此来达到监控监测吗啡类毒品的目的。

利用近似理论计算原子分子形状因子的平方

实现了基于近似理论数值计算原子基态形状因子平方的方法,并以氢原子为例,检验了Hatree-Fock近似方法与密度泛函近似方法的优劣,对比了不同基组的精确性.这种数值计算方法也适用于揭示其他波函数无法精确求解的原子和分子的电子结构.

计算材料学分子设计性实验探究

随着新材料学科的快速发展以及社会需求的变化,材料科学与工程学院加强对人才的实验实践能力培养,重视设计性实验项目开发,提高教学质量。计算材料学实验积极推进教学改革,完善实验课程体系,增加设计实验比重,开设12个实验项目中有6个为近年开发的设计性实验。文章以其中染料敏化太阳能电池科研热点转化成的设计型计算材料学实验为例,详细阐述其实验背景、设计思路、教学环节、实验拓展和考核,为设计性实验探索和改革提供一定的参考价值。