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作者

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量子溶剂中的分子超流

量子溶剂中的分子超流

引用

中国化学会第29届学术年会

作者：李辉吉林大学理论化学计算国家重点实验室

超流是一种极限的宏观物理现象,在温度接近0K时,液态氦转变为没有摩擦、无粘性、熵为零,无限导热的量子流体。光谱观测生色分子在纳米氦滴中的非经典转动,开辟了微观超流研究的新途径。然而,至今只有原子氦在量子液态表现出超流行为,直... 详细信息

超流是一种极限的宏观物理现象,在温度接近0K时,液态氦转变为没有摩擦、无粘性、熵为零,无限导热的量子流体。光谱观测生色分子在纳米氦滴中的非经典转动,开辟了微观超流研究的新途径。然而,至今只有原子氦在量子液态表现出超流行为,直接观测分子超流一直是物理化学家们的梦想。仲氢与氦4类似,是无自旋不可区分的波色体系,由于其微弱的分子间力和更轻的质量,它是最有可能具有分子超流的物质。为了确认仲氢分子的超流,实验观测仲氢分子的超流响应,或掺杂分子的非经典转动显得尤为必要。通过光谱手段研究氦滴中超流行为的成功,进一步激发我们研究分子在纳米仲氢簇中的微观超流。组合理论和实验观测,选用不同的类型的生色分子作为探测器,我们观测到掺杂分子在仲氢团簇中的非经典转动,计算了仲氢在量子溶剂中的超流分数和密度分布,确认了仲氢的超流行为。

关键词：仲氢团簇光谱微观超流量子蒙特卡洛 PIMC

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镍催化亚甲基氮丙啶与1,6-二炔环加成反应的理论研究

镍催化亚甲基氮丙啶与1,6-二炔环加成反应的理论研究

引用

中国化学会第29届学术年会

作者：王梅艳方升陈宇刘靖尧吉林大学理论化学计算国家重点实验室

镍催化的亚甲基氮丙啶与1,6-二炔环加成反应[1],涉及亚甲基氮丙啶中C-C单键的断裂,而非C-N单键断裂。鉴于C-C单键的断裂在有机合成中有重要的地位,我们采用密度泛函方法,对镍催化的亚甲基氮丙啶与1,6-二炔的环加成反应进行了理论研究。... 详细信息

镍催化的亚甲基氮丙啶与1,6-二炔环加成反应[1],涉及亚甲基氮丙啶中C-C单键的断裂,而非C-N单键断裂。鉴于C-C单键的断裂在有机合成中有重要的地位,我们采用密度泛函方法,对镍催化的亚甲基氮丙啶与1,6-二炔的环加成反应进行了理论研究。研究发现存在两条可能的反应路径,一条路径是亚甲基氮丙啶与1,6-二炔同时配位到镍中心,然后亚甲基氮丙啶的C=C双键与1,6-二炔的C≡C三键发生氧化偶联,再β-消除断开C-C键,接着异构化和还原消除形成吡咯五元环,最后1,5-氢迁移得到最终的吡咯产物;另一条路径同样涉及配位、氧化偶联、β-消除、异构化、还原消除和氢迁移等反应步骤,不同的是β-消除断开C-N键。计算得到前者比后者反应能垒低3.5 kcal/mol,且关键步骤为氧化偶联,而非涉及C-C或C-N键断裂的β-消除。从前者的氧化偶联过渡态结构看,N的孤对电子与C≡C上甲基的氢形成氢键,起到稳定作用;而对于后者,CH2与C≡C上的甲基存在较大的空阻作用。

关键词：镍催化环加成碳-碳键断裂密度泛函方法反应机理

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NO和H2在Rh（111）表面反应机理的第一性原理研究

NO和H2在Rh（111）表面反应机理的第一性原理研究

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中国化学会第29届学术年会

作者：淮丽媛何朝政王会文红易文才刘靖尧吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室

应用密度泛函理论研究了H2选择催化还原NO在Rh(111)表面的反应机理以及可能产物N2,N2O,NH3和H2O的生成机理。计算结果表明,NO可以在洁净的Rh(111)表面发生解离但是H2吸附解离产生的H原子会抑制NO的解离。生成N2的两个通道N+N→N2和NO+N... 详细信息

应用密度泛函理论研究了H2选择催化还原NO在Rh(111)表面的反应机理以及可能产物N2,N2O,NH3和H2O的生成机理。计算结果表明,NO可以在洁净的Rh(111)表面发生解离但是H2吸附解离产生的H原子会抑制NO的解离。生成N2的两个通道N+N→N2和NO+N→N2+O是竞争的并且后者比较占优势。副产物N2O是通过NO和表面N原子的聚合生成。N原子的连续加氢反应生成了副产物NH3,并且最后一步是决速步。生成NH3的决速能垒比生成N2和N2O的能垒都要小。表面上的O原子很容易氢化生成OH中间体,然后OH会继续加氢生成H2O或发生歧化反应生成H2O和O原子,后者是生成H2O的主要通道。以上结论表明:共吸附的H原子会轻微抑制NO的解离但是可以有效的消除表面的O原子,避免了Rh(111)表面在NO解离过程中的O中毒现象。

关键词：密度泛函理论 Rh(111)表面 NO解离 H2选择催化还原

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超卤素阴离子与杯四吡咯(calixpyrrole)复合物的理论研究

超卤素阴离子与杯四吡咯(calixpyrrole)复合物的理论研究

引用

中国化学会第十二届全国量子化学会议

作者：梁万明李莹吴迪吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室

离子束缚是众多化学及生物化学现象的重要过程之一。calix[4]pyrrole及其衍生物与阴离子的结合能相对较大,尤其对不同种类的阴离子具有相对选择性,因而成为当前研究最为广泛的阴离子接收体。超卤素(superhalogen)是电子亲和势比卤素原... 详细信息

离子束缚是众多化学及生物化学现象的重要过程之一。calix[4]pyrrole及其衍生物与阴离子的结合能相对较大,尤其对不同种类的阴离子具有相对选择性,因而成为当前研究最为广泛的阴离子接收体。超卤素(superhalogen)是电子亲和势比卤素原子更高的一类基团或分子。它们极易得到电子而通常以阴离子形式存在。超卤素的阴离子例如BF4-、Al Cl4-、As F6-等已经在气相分子和晶体固体中被检测到可以稳定的存在。近年来,对于超卤素的理论和实验研究取得了一系列新的进展。与卤素原子相比,超卤素表现出结构更丰富、性质更特殊等特征。我们通过密度泛函理论(DFT)方法对calix[4]pyrrole分子与不同形状超卤素阴离子(Li F2–,Be F3–,BF4–)的复合物进行了研究,分别得到了不同作用方式下的多种异构体。通过计算M–···calix[4]pyrrole(M=Li F2,Be F3,and BF4)体系的分子间结合能,比较了calix[4]pyrrole对超卤素和卤素阴离子的束缚强度。系统分析了体系的结合能和分子间结合方式、超卤素的电子亲和势及其形状的相互依赖关系。此外,通过比较此类超原子复合物和calix[4]pyrrole—卤素阴离子复合物的光谱性质,旨在为相关实验研究提供理论依据。

关键词：卤素阴离子复合物四吡咯 calix[4]pyrrole 理论研究

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理论研究双吲哚咔唑异构体的电子结构和光电性质

理论研究双吲哚咔唑异构体的电子结构和光电性质

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中国化学会第十二届全国量子化学会议

作者：陈曦白福全张红星吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室

咔唑类衍生物由于其独特的光电性质,近年来广泛应用于有机电子器件中。以双吲哚咔唑为核心的衍生物不仅具有卓越的稳定性,而且可以以此合成性能优良的蓝光发光材料以及传输层材料。本文采用Gaussian09程序中的密度泛函方法 B3LYP,系统... 详细信息

咔唑类衍生物由于其独特的光电性质,近年来广泛应用于有机电子器件中。以双吲哚咔唑为核心的衍生物不仅具有卓越的稳定性,而且可以以此合成性能优良的蓝光发光材料以及传输层材料。本文采用Gaussian09程序中的密度泛函方法 B3LYP,系统并深入地研究了双吲哚咔唑的异构体因结构差异所引起的不同的光学和电学性质。通过计算,我们对比分析了双吲哚咔唑异构体的几何构型、前线分子轨道、电离势、亲和势、重组能、吸收和荧光发射光谱。双吲哚咔唑异构体的差别表现在两个吡咯环的N原子连接在两者之间的苯环的位置关系,分为邻位(o)、间位(m)和对位(p),并分成线形和星形两个构型。计算结果表明:1、间位连接有利于分子的平面性,对于四组的mm型的分子相对于其他连接方式的分子来说具有较低的HOMO能级,较高的LUMO能级,因此具有较大的单激发能和最短的最大吸收波长,同时1mm和2mm有利于电子传输,而3mm和4mm利于空穴传输、对位连接的结构几乎与间位连接的结论相反;2、值得注意的是1mm、2mp、3pp的空间结构相似,因N位置不同,其光电性质却有很大差别;3、对于星形构型的4mm对称性高于3mm,因此4mm可能会有更优良的光电性能。通过对比,预测了双吲哚咔唑异构体在光电材料中的不同应用,为实验研究提供理论参考。

关键词：异构体光电性质电子结构

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聚苯乙烯/交联聚苯乙烯纳米粒子界面性质的粗粒化分子动力学模拟

聚苯乙烯/交联聚苯乙烯纳米粒子界面性质的粗粒化分子动力学模拟

引用

中国化学会2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：钱虎军陈弢吕中元理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所

在高分子材料中掺杂纳米粒子已成为一种实现高分子材料性能优化的常见手段。与传统高分子材料相比,高分子纳米粒子复合材料在力学、光学、电磁性能等方面都有着更加优异的表现,因此在太阳能电池、电磁材料等领域有着广泛的应用前景[1]... 详细信息

在高分子材料中掺杂纳米粒子已成为一种实现高分子材料性能优化的常见手段。与传统高分子材料相比,高分子纳米粒子复合材料在力学、光学、电磁性能等方面都有着更加优异的表现,因此在太阳能电池、电磁材料等领域有着广泛的应用前景[1]。掌握此类复合体系中各种因素对材料性能的影响规律是更好地实现其性能优化和定向设计的前提,而由于此类复合体系中影响因素及实验表征手段的多样性,针对一些特定问题人们还未能达成一致性的认识。例如,熔体高分子链的结构及动力学性质在表面附近会受到纳米粒子的作用而发生改变,而在不同的体系中往往也会有不同的影响规律[2-3]。除此之外,根据熔体链局部或整体性质的不同,受影响的界面厚度也有所不同[2]。与硬核型(接枝)无机纳米粒子/高分子复合体系不同,本文所研究的柔性交联纳米粒子复合体系组份单一,纳米粒子与高分子熔体化学组成相同,排除了前者中无机纳米粒子与高分子链段间相互作用带来的影响。此外,这种柔性纳米粒子复合体系在性能上也表现出了独有的特性,已有研究表明:熔体链受到了纳米粒子明显的溶涨效应[4]、复合材料的粘度也随着纳米粒子的加入而降低[5]。本文中我们利用粗粒化分子动力学模拟技术,首先结合现有粗粒化聚苯乙烯模型,参考实验制备过程,在溶液中构造了具有不同交联剂含量的紧密交联纳米粒子模型。在此基础上,我们研究了聚苯乙烯纳米粒子与线性链熔体之间的界面结构及动力学性质受纳米粒子交联密度、表面曲率(粒子大小)、以及熔体链长等因素的影响。包括界面处熔体链与纳米粒子单体的密度分布、不同链节长度的熔体链片段在界面处的均方回转半径、链节取向、以及界面处熔体粒子的均方位移和自散射函数等动力学性质。我们发现:(1)与无机纳米小球界面处的有序层状排列结构不同,熔体链密度在交联软纳米粒子界面处与纳米粒子单体相互渗透,并无层状排列结构;(2)界面处的熔体链短链片段因受到纳米粒子表面凹陷结构的限制而发生塌缩。而长链片段分子则在界面处沿着纳米粒子表面发生取向,这种取向导致局部链段乃至整条高分子链在界面处发生溶涨。通过分别计算整条高分子链沿着纳米粒子径向及切线方向的回转半径(如图1),我们发现由于高分子链沿着纳米粒子表面的取向作用,熔体链沿着切线方向发生溶涨,而在径向发生明显塌缩,并且在远处径向塌缩效应大于切线方向的溶涨,从而导致在界面的中间位置发生一定程度的尺寸耗散效应。由此定义出的界面的厚度大约为1.5倍的熔体链回转半径;(3)同时,为了研究体系中的动力学性质,我们计算了熔体链段单体的均方位移MSD及自散射相关函数。结果表明,由于纳米粒子导致的界面效应,熔体粒子相对于纳米粒子表面的运动在界面处明显变慢。

关键词：聚苯乙烯交联纳米粒子界面性质粗粒化分子动力学模拟

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聚苯乙烯/交联聚苯乙烯纳米粒子复合物结构与动力学性质的粗粒化分子动力学模拟

聚苯乙烯/交联聚苯乙烯纳米粒子复合物结构与动力学性质的粗粒化...

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中国化学会2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：陈弢钱虎军吕中元理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所

与传统高分子材料相比,高分子/纳米粒子复合物因其具有更好的力学、光学、电学等性能,近年来获得了广泛的关注[1]。尽管在过去二十年间有很多实验和计算机模拟对该体系进行了研究,但在高分子材料中加入纳米粒子的改性机理仍未被充分理解... 详细信息

与传统高分子材料相比,高分子/纳米粒子复合物因其具有更好的力学、光学、电学等性能,近年来获得了广泛的关注[1]。尽管在过去二十年间有很多实验和计算机模拟对该体系进行了研究,但在高分子材料中加入纳米粒子的改性机理仍未被充分理解,而聚苯乙烯/紧密交联聚苯乙烯纳米粒子复合物体系[2-4]是研究这种机理的理想体系之一。该体系中纳米粒子与高分子熔体链组份相同,熵效应起主导作用,同时最大限度地消除了纳米粒子与高分子链之间相互作用及其它因素的影响。这种复合材料本身也表现出了特有的性能,例如当纳米粒子半径小于本体链均方回转半径时纳米粒子均匀分散,反之则聚集[2];纳米粒子均匀分散时会导致熔体链发生溶胀[3]及体系粘度和玻璃化转变温度的降低[4]。最近我们采用粗粒化分子动力学模拟方法,利用迭代玻尔兹曼反演(IBI)法[5]并结合已有聚苯乙烯模型构造了交联聚苯乙烯纳米粒子模型,研究了聚苯乙烯/紧密交联聚苯乙烯纳米粒子复合物的结构与动力学性质。首先参考实验制备过程,在溶液中构造了含20%交联剂、分别含250个和1300个苯乙烯单体的紧密交联纳米粒子模型(标记为20%NP250和20%NP1300)。在所模拟的不同熔体链链长的体系中均含有20个纳米粒子,并保持纳米粒子的质量分数为10%。两种纳米粒子的半径分别为2nm和3.5nm。通过长时间的模拟(s),我们发现:(1)模拟中并未发现实验报导的熔体链的溶胀效应[3];(2)纳米粒子较小时,在各种链长的熔体中都具有很好的分散性,熔体链长对两者的相容性影响很小;当纳米粒子较大(3.5nm)时,纳米粒子在短链体系中也具有较好的分散性,而在缠结体系中的结果与实验[2]一致:即纳米粒子大于熔体链尺寸时,纳米粒子出现聚集,反之纳米粒子则容易分散。结果如图1所示;(3)纳米粒子的加入将会加快熔体链质心的均方位移,与实验上得到的粘度和玻璃化转变温度下降[4]的结论一致,如图2所示。

关键词：纳米复合物紧密交联纳米粒子相容性粗粒化分子动力学模拟

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二萘并苯中非局域电子-声子耦合的理论研究

二萘并苯中非局域电子-声子耦合的理论研究

引用

中国化学会第十二届全国量子化学会议

作者：张守峰任爱民陈先凯吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室

电荷传输是有机电子器件应用的基础,因此准确全面地理解有机分子晶体中的电荷传输机制是非常重要的。非局域电子-声子耦合在有机半导体电荷输运中起着重要的作用。有机半导体中分子间的电荷传输积分与分子的堆积密切相关,即使很小的分... 详细信息

电荷传输是有机电子器件应用的基础,因此准确全面地理解有机分子晶体中的电荷传输机制是非常重要的。非局域电子-声子耦合在有机半导体电荷输运中起着重要的作用。有机半导体中分子间的电荷传输积分与分子的堆积密切相关,即使很小的分子位移也会对电荷传输产生显著的影响[1]。而分子热运动引起的电荷传输积分的热涨落足以破坏电子哈密顿的平移对称性[2],导致传统的带状机制与极化子机制在室温下的并五苯与红荧烯中不再适用[3],[4]。为了更加全面的理解有机半导体中的输运机制,我们结合分子动力学模拟与密度泛函理论详细地研究了二萘并苯中非局域电子-声子耦合强度与温度及分子堆积结构之间的关系,充分考虑了分子热运动所引起的电荷传输积分的热涨落效应对电荷传输的影响。

关键词：非局域分子热运动电荷传输电子-声子耦合

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二萘并苯中非局域电子-声子耦合的理论研究

二萘并苯中非局域电子-声子耦合的理论研究

引用

第十二届全国量子化学会议

作者：张守峰任爱民陈先凯吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室

电荷传输是有机电子器件应用的基础，因此准确全面地理解有机分子晶体中的电荷传输机制是非常重要的。非局域电子-声子耦合在有机半导体电荷输运中起着重要的作用。有机半导体中分子间的电荷传输积分与分子的堆积密切相关，即使很小的...

电荷传输是有机电子器件应用的基础，因此准确全面地理解有机分子晶体中的电荷传输机制是非常重要的。非局域电子-声子耦合在有机半导体电荷输运中起着重要的作用。有机半导体中分子间的电荷传输积分与分子的堆积密切相关，即使很小的分子位移也会对电荷传输产生显著的影响[1]。而分子热运动引起的电荷传输积分的热涨落足以破坏电子哈密顿的平移对称性[2]，导致传统的带状机制与极化子机制在室温下的并五苯与红荧烯中不再适用[3]，[4]。为了更加全面的理解有机半导体中的输运机制，我们结合分子动力学模拟与密度泛函理论详细地研究了二萘并苯中非局域电子-声子耦合强度与温度及分子堆积结构之间的关系，充分考虑了分子热运动所引起的电荷传输积分的热涨落效应对电荷传输的影响。

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硬受限以及软受限条件下聚合物的玻璃化转变行为

硬受限以及软受限条件下聚合物的玻璃化转变行为

引用

中国化学会2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会

作者：谢士杰吕中元理论化学计算国家重点实验室吉林大学理论化学研究所

受限条件下聚合物的玻璃化转变行为有非常重要的实际意义。本文利用分子动力学模拟方法研究聚合物在二维以及三维受限条件下的玻璃化转变行为。我们主要研究在玻璃化转变过程中影响体系静态和动态性质的因素,包括受限结构的大小、墙的... 详细信息

受限条件下聚合物的玻璃化转变行为有非常重要的实际意义。本文利用分子动力学模拟方法研究聚合物在二维以及三维受限条件下的玻璃化转变行为。我们主要研究在玻璃化转变过程中影响体系静态和动态性质的因素,包括受限结构的大小、墙的类型以及墙的性质等(Fig.1)。通过改变墙的性质,我们模拟了硬受限(包括吸引墙、排斥墙)和软受限对于聚合物体系的静态和动态性质的影响。通过模拟我们发现随着受限尺寸减小,受限的效果变得越来越明显(Fig.2)。但这里需要指出的是,随着表面对聚合物运动性贡献的大小和特点的不同,松驰时间随着受限尺寸的变化会呈现出不同的变化趋势。我们通过模拟得到的一个重要结果是在软受限条件下,体系的松弛大大加快。并且当受限尺寸较大时(D/Rg>6.5),受限条件下的聚合物松弛甚至快过了本体中聚合物的松驰(Fig.2c),这一点和实验中的发现一致。

关键词：硬受限软受限玻璃化转变

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