重元素M（锰，镧）体系的第一性原理计算及光谱表征

摘要

随着溶液理论研究的进一步深入，溶液化学的研究引起人们广泛的兴趣。从分子水平研究溶液的性质例如分子间弱相互作用，离子溶剂化现象和配位型化合物的微观结构等，对现代生物化学发展具有重大的指导意义，它将有助于水溶液和生物环境中离子运动控制的研究，以及配位型化合物在材料科学和生命科学上的应用与开发等。　　本文在总结前人工作的基础上，以研究含重元素溶液体系为背景，通过采用第一性原理计算及光谱验证的手段，对不同体系盐溶液溶剂化情况进行研究。本文主要研究内容如下:　　1.利用四种不同的能量密度泛函对甲醇分子、[Mn(CH3OH)4]2+、[La(CH3OH)4]3+进行模拟计算，选择出更为适合计算含重元素(Mn，La)体系的泛函方法。采用超分子自组装的方法对钙离子和氯化钙分子的溶剂化过程进行了模拟计算，得到了溶液中可能存在的配位型化合物构型，理论上分析了钙离子的最大溶剂化数及阴离子对金属离子溶剂化数的影响。　　2.针对锰离子在乙醇溶液中的溶剂化过程，采用自组装方法，通过量子化学手段对其进行模拟计算，同时测定较低浓度下的氯化亚锰/乙醇溶液的分子荧光光谱，理论计算从热力学的角度证实了溶剂化过程的存在，并分析了溶剂化效应对锰离子及乙醇分子的影响，解释了光谱图谱峰强度增加和红移的原因。　　3.利用TPSSTPSS泛函方法，采用形状一致贋势对镧离子在甲醇中的溶剂化过程进行优化模拟，并利用分子荧光光谱法对氯化镧/甲醇溶液的荧光光谱进行了测定，通过理论模拟得到溶剂化过程中所形成的镧-甲醇配位型化合物的能量最低的构型，并对配位型化合物的几何参数和热力学变化进行了分析，阐释了加入镧离子后谱峰强度降低及新峰产生的机理。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 配合型金属化合物的概述

1．2 配位型金属化合物的研究进展

1．3 化学键理论

1．3．1 价键理论

1．3．2 晶体场(配位场)理论

1．3．3 分子轨道理论

1．4 金属配合物在生物无机化学中的发展应用

1．4．1 过渡元素生物效应的化学基础

1．4．2 稀土元素生物效应的化学基础

1．5 理论基础和计算方法

1．5．1 第一性原理简介

1．5．2 Hohenberg-Kohn定理

1．5．3 Kohn-Sham方程

1．5．4 交换关联泛函

1．6 赝势方法

1．7 本文的主要工作

第二章 理论模拟计算方法的研究与探索

1．1 实验

2．1 结果与讨论

2．1．1 能量泛函的选择

2．1．2 超分子方法

2．3 本章小结

第三章 赝势优化锰／乙醇体系团簇构型及荧光表征

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 计算方法

3．2．2 仪器及试剂

3．3 结果与讨论

3．4 谱图验证

3．5 本章小结

第四章 赝势优化与光谱法研究镧在甲醇溶液中的团簇构型

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 计算方法

4．2．2 仪器及试剂

4．3 结果与讨论

4．3．1 结构优化及分析

4．3．2 谱图验证

4．4 结论

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况