【摘 要】
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现代量子化学计算已经成为研究科学问题的重要工具,电子密度理论和从头算法计算结果的精准程度,被广泛用于计算和预测化学反应相关物理化学过程。其可测范围非常广泛,从微观结构计算到宏观性能预测。本论文利用量子化学计算软件Gaussian09对几种含硫、氮的温室气体笼型水合物的结构与最大占据进行了评估。使用密度泛函理论模拟优化了笼型水合物的结构,计算出相应笼型水合物的能量,系统的研究了密度泛函理论框架下B3
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现代量子化学计算已经成为研究科学问题的重要工具,电子密度理论和从头算法计算结果的精准程度,被广泛用于计算和预测化学反应相关物理化学过程。其可测范围非常广泛,从微观结构计算到宏观性能预测。本论文利用量子化学计算软件Gaussian09对几种含硫、氮的温室气体笼型水合物的结构与最大占据进行了评估。使用密度泛函理论模拟优化了笼型水合物的结构,计算出相应笼型水合物的能量,系统的研究了密度泛函理论框架下B3LYP、BLYP、M06-L、M06-2X和M06-HF五种类型的密度泛函方法对优化笼型水合物结构和计算能量值精度的影响,结果表明M06-2X方法计算结果与实验值很好的吻合,是研究笼型水合物精准的计算方法。进一步采用基于第一性原理的从头计算理论M06-2X密度泛函方法,研究十二面体、十四面体和十六面体水笼子中封存硫化物（H2S,CS2）和含氮化合物（N2,NO和NH3）气体分子作为客体分子的笼型水合物结构,计算出笼型水合物主体-客体之间的相互作用。然后对不同构型的十二面体、十四面体和十六面体水笼子中客体分子的多重占据进行了研究,评估了相应客体分子多重占据对笼型水合物结构和基态能量的影响。计算结果表明,N2和NO分子在51264水笼子中更稳定,而NH3和H2S则优先形成51262笼型水合物。NH3和H2S作为客体分子时,sⅠ型结构水合物比sⅡ型更稳定,而NO作为客体分子时,sⅡ型结构水合物比sⅠ型更稳定。而N2分子在单一占据时易形成sⅡ型结构的水合物,多个占据时易形成sⅠ型水合物,均与实验观察结果一致。此外,CS2作为客体分子时,若形成5 12和51262的笼型水合物,会发生笼型结构的明显变形。多重占据的研究表明:512,51262和51264水笼子中可以捕获两个N2分子,51264水笼子可容纳两个H2S分子。这些研究结果可为一些大气重要分子笼型水合物的形成机制提供新的见解。
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