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随着计算方法和计算机技术的飞速发展,量子化学在化学研究中已经占有越来越重要的地位。团簇由于其尺寸在原子和宏观体系之间,本身具有多样性和奇异性,因此成为实验和理论研究的重要研究对象。而其中的银团簇,由于其在照相化学中的应用和在催化方面独特的性质,更是受到广泛的关注。计算化学的发展,使得对较小团簇的几何构型、电子结构及许多其他性质,都可以用量子化学进行计算。
本文主要对银原子簇Agn(n=2-6)的形成机理,Cl(2P)+CH3CH2Cl和O(1D)+CH3CH2Cl反应的三个体系进行了详细的理论研究,讨论了其反应的势能面及动力学性质,探讨了它们可能的反应机理。主要结果如下:
(1)在CCSD(T)/11e-RECP//MP2/11e-RECP水平上对Agn(n=2-6)原子簇的形成反应机理进行了研究。计算表明,Agn(n=2-6)原子簇的形成有两种机理:Ag2,Ag5和Ag6原子簇的化合机理,Ag3和Ag4原子簇的化合—异构化机理。根据经典过渡态理论获得的速率常数,Agn(n=2-6)原子簇的形成反应显示了奇—偶效应:具有奇数原子数的原子簇的形成速率常数比相邻的具有偶数原子数的原子簇的大。Ag4的形成速率常数是最小的,而Ag5的形成速率是最大的。这表明Ag4的形成是聚集反应中最困难的一步。Ag4的形成可能与银聚集反应的临界点有关联。
(2)用QCISD/6-311+G(3df,2p)∥MP2/6-311G(d,p)和CCSD/6-311+G(3df,2p)∥MP2/6-311G(d,p)方法研究了Cl(2P)+CH3CH2Cl反应的势能面。对于此反应,找到了四个通道:一个Cl原子抽取反应,一个α-H抽取反应,两个β-H抽取反应。用过渡态理论计算了298-2500K时这四个通道的速率常数。计算出的室温下H抽取反应的总速率常数(各个α-H和β-H抽取反应速率常数的和)与实验值是吻合的。根据计算,H原子抽取反应是Cl(2P)+CH3CH2Cl反应的主要通道,而Cl原子抽取反应是可以忽略的通道。
(3)用QCISD(T)/6-311++G(d,p)∥MP2/6-31G(d,p)方法研究O(1D)+CH3CH2Cl反应的势能面。计算显示此反应的反应机理是插入—消去机理。O(1D)与CH3CH2Cl先生成两个中间体,IM1和IM2,这两个中间体随后分解成各种产物。用RRKM理论计算了在不同碰撞能下各种产物的分支比。IM1的主要分解产物是HCl而IM2的主要分解产物是CH2OH。IM1比IM2更稳定,因而HCl是O(1D)+CH3CH2Cl反应的主要产物。