摘要：准确预测有机半导体的能级(如电子电离能和亲和势等)对设计新型有机半导体材料和理解相关机理至关重要。从理论计算的角度看,主要挑战来自于缺少一种不仅能够在定性上合理而且在定量上精确预测,同时并不显著增加计算成本的理论方法。本文中,我们证明了通过结合极化连续介质模型(PCM)和"最优调控"区间分离密度泛函方法能够准确预测一系列有机半导体的电子电离能(IP)、亲和势(EA)和极化能,其预测结果与实验数据吻合得很好。重要的是,经过调控后分子的前线分子轨道能量(即-~εHOMO和-~εLUMO)与对应的IP和EA计算值很接近。调控方法的成功可以进一步归因于其能够根据不同分子体系或同种分子所处的不同状态(气态和固态)"最优"地平衡泛函中分别用于描述电子局域化和离域化的作用。相比而言,其它常见的密度泛函方法由于包含的HF%比例过低(如PBE)或过高(如M06HF和未调控的区间分离泛函),均不能给予合理的预测。因此,我们相信这种PCM-调控的方法能够为研究其它更加复杂的有机体系的能级问题提供一种更加可靠和便捷的理论工具。

摘要：为了降低燃料电池的高成本,必须寻找一种既能减小贵金属铂的担载量,又能进一步提高氧还原反应催化活性的新型合金催化剂.基于密度泛函理论,建立了Pt_4和Pt_3Ni正四面体结构的金属团簇模型,选用氧掺杂石墨烯作为载体,四面体金属团簇以正金字塔形式稳定吸附在缺陷位正上方,在负载的金属团簇上进行氧分子的吸附和连续加氢模拟氧还原反应过程,并进行热力学计算与分析.结果表明,氧在Pt_4-OG和Pt_3Ni-OG上均以分子形式吸附并被活化,Pt_3Ni-OG对氧分子的活化作用更强;第1步加氢反应,在Pt_3Ni-OG上形成共吸附的OH*和O*时体系的能量比形成亚稳态的HOO*时低2.37,e V.热力学分析表明,氧还原反应在Pt_3Ni-OG上的主要反应路径为底位吸附路径;在Pt金属中引入Ni,使随后在吸附在Pt_3Ni-OG上的氧分子上发生的加氢反应所需的能量降低.同时Pt_3NiOG和Pt_4-OG催化氧还原反应的自由能计算结果也表明,Pt_3Ni-OG上氧还原反应中间体OH*的吸附作用减弱,进而后续形成H_2O*的反应所需的能量降低.这表明PtNi合金的氧还原反应的催化活性较Pt提高.本研究对氧还原反应高效电催化剂的设计具有指导意义.

摘要：设计采用新颖的Pummerer-氰化路线和用亚硫酰氯作S-转移试剂的路线合成了第一例全部连吸电子基的噻吩并[3,4-c]噻吩.用1HNMR,13CNMR,FTIR,元素分析和X射线衍射分析进行了表征.用B3LYP/6-31G*及B3LYP/6-311++G**方法全优化计算了1,3-二甲氧甲酰-4,6-二氰基吩并[3,4-c]噻吩分子,得到几何构型、总能量、标准熵、标准焓和标准自由能,计算构型与X射线衍射测定结果非常吻合.并用电荷分布讨论了有关非经典噻吩并[3,4-c]噻吩体系的稳定性,计算结果能很好地解释有关实验现象.

摘要：在B3LYP/LanL2DZ水平上,计算研究了Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Cd2+与乙二胺四乙酸(EDTA)六配位模式下配合物的结构和性质.除Cu(EDTA)2-的M—O(5)受Jahn-Teller效应影响明显拉长外,配位键长M—N(1)和M—O(5)按Cu2+<Ni2+<Co2+<Zn2+<Cd2+的顺序依次增长,配位键长M—O(3)按Cu2+<Zn2+<Ni2+<Co2+<Cd2+的次序依次增长.自然键轨道(NBO)分析表明,氮、氧的非键电子与金属空轨道的相互作用是配体与金属离子配位的主要作用方式.通过对N(1)—C(7),N(1)—C(9),N(1)—C(15)键长和NAO键级的分析,在分子水平上阐明了EDTA在与金属离子配位前后发生首步降解,其产物存在差异的实验事实.依据热力学原理并兼顾自洽反应场(SCRF)的IEFPCM模型,我们设计了金属离子与EDTA在水溶液中的反应途径和热力学循环.结果表明,金属离子与EDTA的结合能(即配位稳定性)依次为:Cd2+<Zn2+<Co2+<Ni2+<Cu2+,金属离子的水合吉布斯自由能计算值与实验值大致吻合,而且上述目标金属配合物的络合吉布斯自由能的递变规律与实验一致.基于气相优化结构进行了振动频率计算,并对部分重要的振动峰作了归属指认.结果表明,随着配位稳定性的减弱,M(EDTA)2-具有红外活性的金属敏感性振动峰ν(M—N)和ν(M—O)的峰位依次红移。

摘要：应用密度泛函理论在B3P86/6-311G**水平下较系统地研究13个咪唑类硝基衍生物的C—NO2、N—NO2键离解能(BDEs)、撞击感度(h50)、标准生成热(HOFs)、爆速、爆压等.根据键离解能确定化合物的最弱键,发现最弱键的BDE与电子能量E的比值BDEs/E与h50存在线性关系,计算出的h50值表明C取代硝基咪唑化合物比N取代硝基咪唑化合物稳定,随硝基数目的增加,化合物对撞击变得敏感.通过设计等键反应,计算得到13个咪唑类硝基衍生物的气相标准生成热.采用Monte Carlo方法计算其密度,运用Kamlet-Jacobs方程预测标题化合物的爆轰参数(爆速和爆压).基于安全性和爆轰性能筛选出5个既高能又钝感的含能化合物候选物.

摘要：运用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G*水平上,对叠氮化合物C6H6-n(N3)n(n=1～6)进行理论计算,并对所得到的几何结构进行了振动频率分析.计算结果表明,这些化合物是热力学稳定的.基于自然键轨道理论,分析了稳定结构的电荷分布及成键情况.在不破坏苯环和叠氮基的原则下,设计等键反应计算了这些化合物的生成热,结果表明,标题化合物的生成热都很高,且随着叠氮基数目的增加而线性增大.

摘要：本文选择DR3TBDT/PC60BM体系为模型,采用量子化学中的密度泛函理论方法,分别计算了孤立的给受体分子以及复合物的基态结构性质、吸收性质、激发态电荷转移,并通过Rehm-Well表达式,Marcus理论的双势阱、双球棍模型以及广义的Mulliken-Hush (GMH)模型分别计算了电子转移和电荷重组过程中的Gibbs自由能变、内外重组能以及电子耦合,最后通过Marcus电子转移速率方程得出了界面的电荷转移和重组速率,从动力学角度为新材料的设计提供了理论表征手段.

摘要：采用密度泛函理论(DFT)中B3LYP和B3PW91方法分别在6-31G*和6-31G**水平下对1,5-二氨基四唑取代的环三磷腈类化合物进行了分子设计和计算,得到该化合物的两种同分异构体,通过对其进行构型优化、振动分析、自然键轨道分析和Mulliken布居分析,得到两种构型都能稳定存在。由分子能量和前线轨道能级差判断得到顺式结构的稳定性要强于反式结构。同时对其生成热进行了计算。结果表明,所设计的两种结构均具有较高的正生成热,且含氮量较高,有望用于新型含能材料领域。

摘要：在B3LYP/6-31G*水平上对二苯并呋喃和135个多溴二苯并呋喃系列化合物(PBDF)进行了全优化计算和振动分析,得到各分子的总能量(ET)、焓(H)、熵(S)、自由能(G)和恒容热容(CV),研究了这些参数与溴原子的取代数目及取代位置的关系.溴原子置换在不同位置时,使ET,H和G数值增加大小次序为:1(9)>3(7)>2(8)>4(6),即置换在1(9)位最不稳定;两个溴原子处在同一苯环时,ET,H和G数值也都增加,增加的顺序为:邻>>间>对,即相互处于邻位最不稳定.而且有两个溴原子同时取代在1和9位时,使H和G的数值的增加比取代在邻位、间位和对位时的增加值都大.每增加1个溴原子,S增大约40.1J·mol-1·K-1,CV增大约16.3J·mol-1·K-1.同时,设计等键反应,计算了各异构体的标准生成热(?Hf)和标准生成自由能(?Gf).根据异构体自由能的相对大小,从理论上求得异构体的相对稳定性顺序,各异构体组中的稳定性顺序与PCDF系列的稳定性顺序基本一致.

摘要：深入理解辐照条件下氢同位素与CO_(2)反应的微观机制,可为聚变堆氘氚燃料循环工艺的优化设计提供数据支撑。基于此,采用第一性原理计算研究了等离子体放电条件下H_(2)和CO_(2)的微观反应机制,研究了不同温度和氢同位素效应对反应过程的影响。通过内禀反应坐标(IRC)算法结合反应过渡态获得4条初始反应路径,并对比研究了生成产物CH_(4)及CH_(3)OH的2条路径在热力学上的容易程度,以及不同氢同位素对各个反应的影响。研究发现,氚的自发衰变或等离子体中的高能电子都会诱导氢同位素与CO_(2)发生反应,形成CO、H_(2)O、CH_(4)及CH_(3)OH等产物;在高能电子诱导CO_(2)的离解后,由4条初始反应路径组成的复杂反应可以自持发生,且该复杂反应中存在2种倾向;升高反应温度对CO_(2)转化为有机物(CH_(4)和CH_(3)OH)具有一定的促进作用。