Keggin型钴取代杂多阴离子PW11O39Co（Ⅱ）（H2O）5-的电催化性能

本文用循环伏安、交流阻抗等电化学方法研究了Keggin型钴取代杂多阴离子PW11O39Co(Ⅱ)(H2O)5-(PW11Co)的电化学性质及其对H2O2和甲醇阳极氧化的电催化作用,提出了PW11Co作为阳极媒质可能的电催化机理.结果表明,PW11Co除了2对可逆的W—O骨架峰之外,在1.367 V/1.266 V处还有1对准可逆的Co峰,对应于Co(Ⅱ)/Co(Ⅲ)电对的氧化还原响应.该电极过程有质子参与,其交换电流密度i0为5.7×10-6A·cm-2.在酸性条件下(pH 2.5),PW11Co对H2O2的阳极氧化具有明显的电催化活性,耦合甲醇的氧化可使甲醇的氧化速率显著提高.     

密度泛函理论研究顺式与反式构型的Mn(II)-NITR2自由基配合物的磁交换作用

密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法(DFT-BS)研究了两个自由基NITR(Nitronyl Nitroxide)分别以顺式和反式构型与过渡金属Mn(II)形成的八面体配位化合物的磁学性质, 计算了Mn(II)-(NITR)₂体系磁耦合参数J对以下三个结构参数的依赖关系: (1) Mn-O-N(NITR)键角θ; (2) 旋转角ψ(定义为NITR自由基平面围绕Mn-O(NITR)键旋转的角度); (3) Mn-O(NITR)键长. 结果表明, 与相应的Cu(II)-(NITR)配合物不同, Mn(II)-(NIRT)₂配合物的顺式与反式构型都表现了强的反铁磁耦合作用, 与变温磁化率实验测定相一致. 从分子轨道理论分析, 体系的磁交换作用是通过σ-和π-型两种直接交换通道传递的. 对于这两种构型, 当固定键角θ和键长R, 同时变化旋转角ψ时, 磁耦合常数J与局域磁轨道的重叠积分平方S²_ab之间存在着线性关系.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用1.单氧桥联双核铁(III)[Cl_3FeOFeCl_3]~(2-)磁耦合作用

通过对桥联双核铁 (III) [Cl3FeOFeCl3] 2 - 的磁耦合常数的计算 ,探讨了密度泛函理论计算条件对计算结果的影响 .基于密度泛函理论下的破损态方法 ,着重讨论了双核Fe(III) 2 的d5 d5 电子通过氧桥的超交换作用 .研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III)的dyz和dz2 与 μ O的p轨道形成的 ,具有π /π 和σ /σ 特征的超交换通道     

PW11O39Co（Ⅱ）（H2O）5-的均相及异相体系可见光催化性能研究

以模型污染物罗丹明B（RhB）的光降解为探针,评估了Keggin型钴取代杂多阴离子PW₁₁O₃₉Co（Ⅱ）（H₂O）^5-（PW₁₁Co）及其异相体系PW₁₁Co/D301R的可见光催化活性,提出了光催化反应的机理,同时考察了催化剂用量、溶液酸度以及溶液中PW₁₁Co和RhB的相互作用对RhB可见光催化降解速率的影响。实验结果表明,PW₁₁Co均相体系及其异相体系PW₁₁Co/D301R对RhB的可见光降解均有较高的光催化活性,但与PW₁₁Co相比,PW₁₁Co/D301R的光催化活性更高。导致RhB降解的主要是羟基自由基。与PW₁₁Co均相体系相比,在PW₁₁Co/D₃₀₁R异相体系中由于PW₁₁Co与RhB的配位作用大为减弱,同时D301R对RhB具有富集作用,因而大大提高了RhB的光催化降解速率。     

密度泛函理论研究顺式与反式构型的Mn(II)-NITR_2自由基配合物的磁交换作用

密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法(DFT-BS)研究了两个自由基NITR(Nitronyl Nitroxide)分别以顺式和反式构型与过渡金属Mn(II)形成的八面体配位化合物的磁学性质,计算了Mn(II)-(NITR)2体系磁耦合参数J对以下三个结构参数的依赖关系:(1)Mn-O-N(NITR)键角θ;(2)旋转角ψ(定义为NITR自由基平面围绕Mn-O(NITR)键旋转的角度);(3)Mn-O(NITR)键长.结果表明,与相应的Cu(II)-(NITR)配合物不同,Mn(II)-(NIRT)2配合物的顺式与反式构型都表现了强的反铁磁耦合作用,与变温磁化率实验测定相一致.从分子轨道理论分析,体系的磁交换作用是通过σ-和π-型两种直接交换通道传递的.对于这两种构型,当固定键角θ和键长R,同时变化旋转角ψ时,磁耦合常数J与局域磁轨道的重叠积分平方2abS之间存在着线性关系.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用1.单氧桥联双核铁(Ⅲ)[Cl3FeOFeCl3]2-磁耦合作用

通过对桥联双核铁(Ⅲ)[Cl3FeOFeCl3]2-的磁耦合常数的计算,探讨了密度泛函理论计算条件对计算结果的影响.基于密度泛函理论下的破损态方法,着重讨论了双核Fe(Ⅲ)2的d5-d5电子通过氧桥的超交换作用.研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(Ⅲ)的dyz和dz2与μ-O的p轨道形成的,具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道.     

Keggin型杂多阴离子PW11O39Fe(III)(H2O)4-电催化降解硝基苯

以Keggin型铁取代杂多阴离子PW11O39Fe(III)(H2O)4－ (PW11Fe)代替传统电芬顿(electro-Fenton)方法中的Fe3＋作为电催化剂, 构成一个新颖的电催化体系并用于中性水溶液中硝基苯的降解. 结果表明, 含有1.0 mmol•L－1硝基苯和1.0 mmol•L－1 PW11Fe的混合磷酸盐溶液(pH 6.86), 在－0.5 V电位和60 mL•min－1 O2流速下反应100 min, 硝基苯便完全降解. 降解的准一级表观速率常数与硝基苯的初始浓度有关, 当硝基苯的初始浓度为1.0, 2.0和5.0 mmol•L－1时, kobs分别为7.18×10－2, 3.57×10－2和1.47×10－2 min－1. 降解反应100 min的TOC(有机碳总量)去除率约为35%, 表明硝基苯的降解过程伴随着矿化.     

Lindqvist型[M6-nMonO19]p-阴离子（M=W,Nb,Ta）电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法探讨了取代Mo原子对[W6-nMonO19]2-,[Nb6-nMonO19]p-和[Ta6-nMonO19]p-体系的M—Ot(M=W,Nb,Ta)键的活化作用.计算结果表明,随着取代Mo原子数的增多,[M6-nMonO19]2-(M=W,Nb,Ta)中M—Ot键的键能逐渐减小,因此Mo原子的引入使M—Ot键活化.在[W6-nMonO19]2-中,Mo—Ot键的键能小于W—Ot键的键能,因此,Mo—Ot键比W—Ot键易断裂,与实验结果一致.而在[Nb6-nMonO19]p-和[Ta6-nMonO19]p-体系中,Mo—Ot键的键能大于M—Ot(M=Nb,Ta)键的键能.Nb和Ta原子的端氧Ot的电荷大于Mo原子的端氧Ot的电荷,初步预测,当[Nb6-nMonO19]p-和[Ta6-nMonO19]p-与有机胺反应时,Nb—Ot和Ta—Ot键优先断裂,易与有机胺的氮原子成键.     

Cp4An和COT2An（Cp-=C5H5-，COT2-=C8H2-，An=U(Ⅳ)，Pu(Ⅳ)）的结构和光谱性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究气相和四氢呋喃（THF）溶剂中Cp₄An和COT₂An（Cp^-=C₅H₅^-,COT^2-=C₈H^2-,An=U(Ⅳ),Pu(Ⅳ)）配合物的性质。THF溶剂对配合物的溶剂化效应采用类导体极化连续模型（CPCM）近似计算。计算结果显示在THF溶液中各配合物结合能的大小顺序为COT₂Pu > COT₂U > Cp₄Pu > Cp₄U。溶剂化效应降低了该金属有机配合物的结合能。计算得到的化合物的结构参数和红外光谱数据与实验数据保持一致。通过对Cp₄An和COT₂An（An=U(Ⅳ),Pu(Ⅳ)）的分子轨道能级图分析发现,采用最高的RSC-ECP赝势计算COT₂U和Cp₄U的基态分别为三重f_φ²和f_σ²组态;而COT₂Pu和Cp₄Pu的基态分别为五重f_σ¹f_π¹f_φ²和f_σ³f_δ¹组态。     

双帽Keggin型杂多阴离子[PM12O40(VO)2]n-(M=Mo,n=5; M=V, n=9)的离散变分方法研究

使用密度泛函理论的离散变分方法(DFT-DVM)研究了双帽Keggin型杂多阴离子[PM12O40(VO)2]n-(M=Mo, n=5; M=V, n=9),即[PMo12O40(VO)2]5- (a)和[PV12O40(VO)2]9- (b)的电子结构,讨论了双帽的形成对Keggin型杂多阴离子的电子结构和催化性质的影响,并与其Keggin型杂多阴离子(PM12O40)n-(M=Mo, n=3; M=V, n=15)的计算结果进行了对比分析,计算结果表明,双帽的形成对Keggin型杂多阴离子的电子结构产生了很大的影响,因而它们在催化活性上可能会表现出较大的差异.     

[2Fe2S]铁硫蛋白活性中心模型[Fe2S2 (SR) 4]2– (R= —H, —CH3)的局部自旋探讨

为了检验Davidson和Clark的局部自旋原理对铁硫蛋白簇合物的可行性, [Fe₂S₂ (SR) ₄]^2– (R= —H, —CH₃)模型被选为研究对象. 该目的可通过计算这些体系的局部自旋期望值〈S_A·S_B〉, 〈S_A²〉和m_A, 并讨论它们与Heisenberg自旋模型(HSM)和Noodleman对称破缺理论之间的联系来实现. 在具体的计算中采用了自旋非限制Hartree-Fock(UHF)和自旋极化密度泛函(Spin-polarized DFT)方法, 同时比较它们的计算质量. 此外, 采用多种方案计算了它们的交换耦合常数, 并同前人的结果作了比较.     

M(EDTA)2－ (M＝Co, Ni, Cu, Zn, Cd)电子结构和性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/LanL2DZ水平上, 计算研究了Co^2＋, Ni^2＋, Cu^2＋, Zn^2＋, Cd^2＋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 Cu^2＋＜Ni^2＋＜Co^2＋＜Zn^2＋＜Cd^2＋的顺序依次增长, 配位键长M—O(3)按Cu^2＋＜Zn^2＋＜Ni^2＋＜Co^2＋＜Cd^2＋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: Cd^2＋＜Zn^2＋＜Co^2＋＜Ni^2＋＜Cu^2＋, 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.     

单锰取代的Keggin型多酸吸附大气小分子X(X=H2O,N2,O2,NO,N2O,CO和CO2)的密度泛函理论计算研究

基于密度泛函理论（DFT） M06L方法对一系列单锰取代的Keggin型POM吸附大气小分子X（X=H₂O,N₂,O₂,NO,N₂O,CO和CO₂）配合物的分子几何,电子结构和成键性质进行了系统研究。由于POM的多阴离子性质,铯盐Cs₄[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢH₂O]被用来考虑抗衡离子效应。DFT-M06L计算表明,当改变4个Cs抗衡阳离子的位置时,多酸阴离子的几何结构和电子结构参数几乎没有变化。当不考虑抗衡离子效应,在气相和溶液中单独优化多酸阴离子（[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢH₂O]^4-）时,其主要几何和电子参数没有显著变化。比较不同自旋态的能量表明[PW₁₁O₃₉Mn^ⅡX]^4-（X=H₂O、N₂、N₂O、CO和CO₂）的最低能量态是高自旋五重态,[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢO₂]^4-为三重态,而[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢNO]^4-则为双重态。这些大气小分子在类卟啉POM配体上的吸附能量按照以下顺序增加：N₂ < N₂O < CO≈CO₂ < O₂ < H₂O < NO。POM-Mn-NO配合物具有较大的吸附能。Mulliken布居分析表明,NO配体与多酸中Mn^Ⅲ中心的相互作用主要来自于中间自旋态的Mn^Ⅲ中心与NO^·分子之间的反铁磁性耦合相互作用。     

新颖的PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-/H2O2类光-Fenton体系光催化降解苯胺

将Keggin型铁取代杂多阴离子PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-[PW11Fe(Ⅲ)(H2O)]构成的类光-芬顿体系用于水体生物难降解有机污染物苯胺(ArNH2)的降解。 研究了在紫外光照射和H2O2存在下,PW11Fe(Ⅲ)(H2O)对ArNH2降解的均相光催化作用。 考察了ArNH2、H2O2和PW11Fe(Ⅲ)(H2O)浓度对光催化降解反应速率的影响。 实验结果表明,0.1 mmol/L PW11Fe(Ⅲ)(H2O)+0.2 mmol/L H2O2+0.1 mmol/L ArNH2的中性溶液在300 W汞灯照射下反应60 min,ArNH2的降解率达100%,总有机碳(TOC)去除约52%。 同时讨论了PW11Fe(Ⅲ)(H2O)光催化H2O2产生羟基自由基的分子机制,并比较了酸性和中性条件下苯胺的光催化降解效果。     

[SiCu(H2O)W11O39]6-在玻碳电极上的多层组装及电催化性能

The electrochemical behavior of SiCu W11 heteropolyacide in acidic aqueous solution was studied. The effect of solution pH on the electrochemical behavior of SiCu W11 was discussed and the mechanism was suggested. New electrode was modified by muhilayer films composed of heteropolyanion (SiCu W11 and cationic polymer poly (diallyldimethylammonium chloride). Cyclic vohammetry showed the uniform growth of the film. The modified electrodes exhibited some special electrochemical properties in the films, different from those in homogeneous aqueous solutions. The effect of pH on the redox behavior of SiCu W11 in the films was discussed in details. The muhilayer film electrodes have an excellent electrocatalytic response to the reduction of BrO3^- and NO2^-.     

Keggin型有机硅取代的多金属氧酸盐衍生物[XW11O40（SiR）2]n-(X=CoIII,P;R=CH=CH2,OH)的合成和表征

以CoIIIW11和有机硅烷为原料,在pH=1,乙醇-水(体积比=2∶1)的混合溶剂中,首次合成了Keggin型有机硅取代的钨钴酸盐[CoIIIW11O40(SiR)2]5-(CoIIIW11(SiR)2,R=CH=CH2,OH).这里,乙醇作为共溶剂增加硅烷在溶液中的溶解度,使CoIIIW11在转化为饱和结构之前能够快速与硅烷相遇并反应.产物的组成和结构用IR,UV-Vis,NMR,TG-DTA,元素分析等技术进行了全面表征.结果显示,两个SiR基团进入了CoIIIW11的空位,并形成Si—O—Si桥,得到与先前报道的硅取代钨硅酸盐和钨磷酸盐相似的结构.还运用此条件成功合成了以往需要在固-液相转移条件下合成的[PW11O40(SiR)2]3-[PW11(SiR)2,R=CH=CH2,OH],进一步证明了此方法在合成有机硅取代的多金属氧酸盐方面的可行性和通用性.     

[Pt2(P2O4H2)4]4-和[Pt2(P2O4CH4)4]4-基态和激发态性质的理论研究

采用从头计算MP2和CIS方法分别优化等电子双核d⁸配合物[Pt₂(P₂O₄H₂)₄]^4-和[Pt₂(P₂O₄CH₄)₄]^4-的基态和激发态结构。结果表明基态Pt-Pt距离分别为0.290 5和0.298 7 nm，与实验的0.292 5和0.298 0 nm符合。NBO计算的Pt-Pt键级以及Pt原子间伸缩振动说明Pt-Pt相互作用具有吸引本质。CIS计算揭示电子激发到Pt-Pt的σ(p_z)成键轨道使得相互作用增强。保持激发态几何，含时密度泛函理论(TD-DFT)计算的溶液发射分别为449和475 nm，与实验值512和510 nm接近。     

双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)电子结构和三阶非线性光学性质的理论研究

运用密度泛函PBE0方法研究了双核金属茂合物Zn2(η5-E5)2(E=N, P, As, Sb)的电子结构, 运用自然键轨道(NBO)方法对该体系的电荷分布及成键特征进行了分析. 此类体系中存在Zn—Zn的σ单键, 为近似纯s成分的成键方式. 用含时密度泛函理论(TDDFT ) 完全态求和(SOS) 方法计算了该体系的三阶非线性光学系数, 结果表明, γ值与最大吸收波长λmax成正比, 在各个分量中, 对〈γ〉起主要贡献的是γzzzz, 最大吸收波长对应的电子跃迁是从Zn—Zn的σ成键轨道到Zn—Zn的σ*反键轨道.     

密度泛函研究双核Mn~Ⅱ取代的杂多酸[Mn_2~Ⅱ(X~(n )Mo_9O_(33))_2]_2~((n-10)-)(X=P~Ⅴ,As~Ⅴ,Se~Ⅵ)的磁耦合交换作用

运用密度泛函理论结合对称性破缺方法(DFT-BS)研究了双锰取代的三明治型多酸阴离子[Mn2II(Xn Mo9O33)2]2(n-10)-(X=PV,AsV,SeVI)的磁交换作用.计算得到的磁交换耦合常数(J)为负值,表明在这类体系中存在反铁磁交换作用;进一步从几何,自旋密度分布和前线轨道组成方面分析了中心杂原子X对磁交换耦合的影响,结果表明随着随着中心杂原子X的改变(PV–AsV–SeV),影响到中心双核锰和桥氧构成的磁簇的结构,Mn1···Mn2距离有所增大,Ob···Ob距离有所缩短,从而减弱了超交换途径的有效性,反铁磁耦合常数J的数值依次减小.