SO、SO2、SO3与H2O的相互作用的研究

摘要

酸雨被列为人类必须认真防范的主要环境灾害之一。酸雨的影响主要表现在对生态系统(如土壤、水体、森林等)的危害,以及对各种建筑材料的腐蚀，严重的甚至危及一个城市的生态平衡。我国酸雨的主要致酸物质是硫酸盐，降水中SO42-的含量普遍都很高。
　　本论文运用量子化学方法对SO、SO2和SO3与H2O的相互作用进行研究。针对本文研究的体系，考虑到计算精度和计算时间，通过理论分析和实验验证，二级微扰理论(MP2)及偶合簇理论 CCSD(T)是适合本文研究体系的方法。由于本文研究的是分子间弱相互作用，体系中有孤对电子和极化比较大的分子，所以，采用比较大的充分考虑极化和弥散的基函数是非常必要的。因此，本文在MP2/6-311++G(3df,3pd)水平对SO、SO2、SO3与H2O形成的复合物体系进行几何结构优化，找到复合物的稳定结构。为了得到更可靠的能量值，对MP2/6-311++G(3df,3pd)水平下的优化的结构在CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)水平进行单点能计算。在两种方法水平下计算了复合物的结合能，并采用均衡校正法校正了基函数重叠误差。在MP2/6-311++G(3df,3pd)水平计算单体及复合物稳定构型的电子密度进而画出单体的静电势图及复合物稳定构型的电子密度差图。在MP2/6-311++G(3df,3pd)水平对各稳定构型进行NBO电荷分析，以及在mPBE/DZP方法下对闭壳层稳定复合物进行能量分解。
　　基态 SO·H2O复合物为三重态，且有两种稳定构型，一种为S…O相互作用，另一种为O-H…O氢键作用，两种构型的结合能相近，但以O-H…O氢键构型较为稳定；SO2与H2O复合物中，最稳定构型为S…O相互作用；SO3与H2O相互作用只有一种稳定结构为S…O及O-H…O氢键相互作用共存，三种硫的氧化物与H2O复合物的结合能，随着硫的氧化物中的O原子数增加而增大，分别为-2.417kcal/mol、-3.855kcal/mol、-7.962kcal/mol。分子静电势、NBO电荷和电子密度差图分析表明：SO与H2O相互作用主要是 H…O静电吸引为主，而SO2和SO3与H2O主要是 S…O静电吸引为主。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 研究现状

§1.3 课题意义

§1.4 课题的主要内容

第二章 理论基础

§2.1 从头计算法

§2.2 振动频率的计算

§2.3 ADF 程序中的能量分解分析方法

§2.4 计算方法

§2.5 计算细节

第三章 三种硫的氧化物与 H2O 的体系的研究

§3.1 SO 与 H2O 的体系的研究

§3.2 SO2、SO3 与 H2O 的体系的研究

第四章 三种硫的氧化物与 H2O 的相互作用比较

§4.1 几何结构分析比较

§4.2 结合能比较

§4.3 相互作用本质分析

§4.4 总结

第五章 结果与讨论

致谢

参考文献

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