煤超分子分子间相互作用的量子化学计算

摘要

煤分子间相互作用和分子识别是煤超分子化学的关键所在。通过对煤分子间相互作用的理论计算研究，可以帮助了解煤超分子间分子识别的机制，进而揭示煤结构的超分子化学特征，从而丰富煤结构理论和为煤分子工程学的发展提供理论基础。本文应用量子化学理论方法计算研究了煤分子间相互作用。 采用HF、MP2方法在6-31G*基组下，研究了羟基自缔合氢键垂直和平行两种构型，通过能量分析，得出垂直构型比平行构型稳定，其在6-31 1G/RHF，MP2方法下计算并经过基组迭加误差校正得到的分子间相互作用能为-10.80KJ/mol，说明该氢键是一个相对较弱的氢键体系。 采用HF、MP2方法在6-31G+基组下，对煤中几类氢键进行研究，求得它们的优化构型，通过能量分析和热力学分析，得到一致的氢键稳定顺序：环状羟基紧密缔合氢键＞羟基-氮氢键＞羟基醚氧氢键＞自缔合羟基氢键＞羟基-π氢键。 在DFT-B3LYP/6-31G+水平下，对π-π堆积相互作用进行计算研究，求得平行优化构型在6-31G(d，p)单点能计算得到的π-π相互作用能为-16.87 kJ/mol，说明体系的相互作用相对较弱。在DFT-B3LYP/3-21G水平下，对煤大分子结构单元分子间相互作用进行理论计算研究，求得6-31G基组下的分子间相互作用能为-61.05 kJ/mol，说明分子间相互作用相对较弱。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1煤的超分子结构概念及其研究途径与方法概述

1.1.1煤超分子结构的概念

1.1.2煤超分子结构的主要研究内容、途径及方法

1.2本论文研究内容与思路

1.3本论文的创新点

参考文献

第二章计算方法

2.1从头计算和密度泛涵法

2.1.1从头计算法

2.1.2密度泛涵计算法

2.2半经验方法

2.3分子间相互作用计算方法

2.3.1计算分子间相互作用能的变分法和微扰法

2.3.2大小一致性和基组一致性

2.4热力学性质的计算方法

参考文献

第三章煤中氢键的理论研究

3.1引言

3.2羟基自缔合氢键的量子化学计算

3.2.1计算模型及方法

3.2.2结果和讨论

3.3煤中氢键的精确从头计算

3.3.1计算模型及方法

3.3.2结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章Ⅱ-Ⅱ堆积相互作用研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1几何构型

4.3.2原子电荷和电荷转移

4.3.3相互作用能

4.3.4热力学性质

4.4本章小结

参考文献

第五章煤大分子分子间相互作用的理论研究

5.1引言

5.2计算方法

5.3结果与讨论

5.3.1几何构型

5.3.2原子电荷

5.3.3相互作用能

5.4本章小结

参考文献

第六章研究结论与建议

6.1主要结论

6.2研究建议

致谢

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