大气重要物种FNO（x=1，2）的电子结构性能和相关反应研究

摘要

本论文以大气中的重要物种FNO和FNO<,2>为主要研究对象，利用量子化学和电子密度拓扑分析方法研究了它们的几何构型、电子结构、成键特征及相关的反应机理。研究结果将有助于更深入的了解大气物种FNO和FNO<,2>的结构和相关反应性能。论文的主体内容分为四部分：第一部分研究FNO与FON的异构化反应机理；第二部分研究(H)FNO<'+>各异构体的几何构型和异构化反应机理：第三部分研究FNO<,2>各异构体的几何构型和异构化反应机理；第四部分研究FNO、FNO<,2>与O<,3>反应的微观反应机理。 第一部分对FNO与FON的异构化反应机理进行了研究，找到了可能的反应通道。根据Bader等人的“AIM”理论，通过电荷密度、拉普拉斯量等拓扑指标的变化对反应中的化学键进行了定量描述，讨论了反应过程中化学键的成键特征。研究发现：FNO与FON的异构化反应过程中经历了结构过渡态和能量过渡态，且结构过渡态为三元环状结构。 第二部分对(H)FNO<'+>可能存在的异构体进行了研究和讨论，得到了8种可能存在的异构体。采用GTA2000程序对各个(H)FNO<'+>异构体做了分子生成密度差等值线图，直观观察到了FNO与FON结合H<'+>后的电子转移方向，部分电荷转移到了H<'+>上，除了HFNO<'+>，F上的电子都减少了。研究发现，(H)FNO<'+>的异构化反应可以分为四种类型：通过分子局部转动得到异构体，通过H迁移得到异构体，通过F迁移得到异构体，通过分子相对振动得到异构体。对上述异构化反应中典型的三个反应过程进行了电子密度拓扑分析表明：HFNO<'+>→FN(H)O<'+>和FNOH<'+>-trans→FO(H)N<'+>过程分别通过H迁移和F迁移，经历三元环状过渡结构，然后经历能量过渡态；FNOH<'+>-cis→HFNO<'+>过程通过H迁移，经历一个四元环状过渡结构，能量过渡态包含在环状过渡区间中。 第三部分对FNO2可能存在的异构体进行了研究和讨论，得到了9种可能存在的异构体。研究发现，FNO2的异构化反应可以分为四种类型：通过分子局部转动得到异构体，通过原子迁移得到异构体，通过分子相对振动得到异构体，经过分子骨架重组与原子迁移或者分子局部转动的混合型机理得到异构体。对上述异构化反应中的三个典型反应的电子密度拓扑分析表明：FNOO-cis→FO(O)N过程先经历三元环状过渡结构，然后经过能量过渡态：FNOO-cis→FOON-cis过程经历平面四元环状过渡结构，能量过渡态包含在环状过渡区间内；FONO-trans→FOON-cis过程先经历一个三元环状过渡结构，然后经历一个非平面的四元环状过渡结构，能量过渡态包含在四元环状过渡区间内。 第四部分对FNO、FNO<,2>与O<,3>的微观反应机理进行了研究。在量子化学的基础上，找到了可能的反应通道。通过对各反应通道的分析，确定了FNO、FNO<,2>与三线态O<,3>的反应为主要反应通道。本论文的创新之处： 1．分别对(H)FNO<'+>与FNO<,2>的异构化反应进行了分类。 (H)FNO<'+>与FNO<,2>的异构化反应都可以通过下面的反应类型实现：通过分子局部转动得到异构体；通过原子迁移得到异构体；通过分子相对振动得到异构体。此外，FNO2还可以经过分子骨架重组与原子迁移或者分子局部转动的混合型机理得到异构体。 2．首次应用GTA2000程序对(H)FNO<'+>的8种异构体做了分子生成密度差等值线图，直观观察到了FNO与FON结合H<'+>后的电子转移方向，部分电荷转移到了H<'+>上，除了HFNO<'+>，F上的电子都减少了。 3．对(H)FNO<'+>与FNO<,2>异构化反应中的典型过程的电子密度拓扑分析表明：有的反应过程经历三元环状过渡区域和结构过渡态，有的反应过程经历四元环状过渡区域和结构过渡态。四元环状过渡结构有平面结构，也有非平面结构。 4．通过对结构过渡态和能量过渡态的分析，发现无论对于三元环状过渡态，四元平面环状结构过渡态，还是四元非平面环状结构过渡态，和能量结构过渡态之间都有如下的关系：对于放热基元反应，结构过渡态出现在能量过渡态之后；吸热基元反应，结构过渡态出现在能量过渡态之前。这进一步验证了我们课题组以前的结论，也发展了我们的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前 言

1.1.文献调研

1.2.研究意义

参考文献

第二章量子化学和量子拓扑学理论基础

2.1.量子化学基本原理和计算方法概述

2.2.密度泛函方法简介

2.3.量子拓扑学基本原理

第三章FNO→FON异构化反应的量子化学及电子密度拓扑研究

3.1.计算方法

3.2.结果与讨论

参考文献

第四章(H)FNO+异构化反应的量子化学及电子密度拓扑研究

4.1.计算方法

4.2.结果与讨论

参考文献

第五章FNO2异构化反应的量子化学及电子密度拓扑研究

5.1.计算方法

5.2.结果与讨论

参考文献

第六章FNO、FNO2与O3反应的量子化学研究

6.1.FNO与O3的反应

6.2.FNO2与O3的反应

参考文献

致谢