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甘氨酸分子电子转移反应性理论研究

甘氨酸分子电子转移反应性理论研究

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作者：艾洪奇曲阜师范大学

学位级别：硕士

本文在查阅大量有关资料的基础上，分析了当代电子转移理论研究的最新进展及其在生物体系的应用前景，简要介绍了甘氨酸体系的国内外研究现状及不足，论述了本文开展这方面工作的原因及必要性。详细介绍了步宇翔教授提出的四种模型和一... 详细信息

本文在查阅大量有关资料的基础上，分析了当代电子转移理论研究的最新进展及其在生物体系的应用前景，简要介绍了甘氨酸体系的国内外研究现状及不足，论述了本文开展这方面工作的原因及必要性。详细介绍了步宇翔教授提出的四种模型和一个计算框架的基本思想。即用于处理自交换体系的活化模型及重组模型、杂交换体系的活化模型及重组模型和用于计算弱相互作用体系的电子转移速率的基本理论框架。同时还比较分析了当前最常用的两种计算方法—-ab initio和DFT方法的特点及区别。简要的阐述了Gaussian程序中常用基组的基本含义及基组选择的基本原则。为本文下一步的工作奠定了良好的理论基础，现将本文的主要工作简述如下： 1．利用限制性的DFT方法和6-31G基组函数，考察了甘氨酸的最稳定构象中的三个活性位：N3、O4和O5与单价阳离子H、Li和Na相互作用的情况，比较分析了三活性位与同一阳离子相互作用时的相对强弱和同一活性位与三个不同阳离子作用时的成键顺序。结果表明，N3位成键最强，O5位最利于成键，O4位最差，三阳离子在同一位置成键时的顺序为：H>Li>Na。 2．鉴于一个甘氨酸分子就具备三个活性位和人体中大量阳离子的存在，在上述考察了甘氨酸分子的某一活性位结合了一阳离子之后，进一步探讨了其余两个活性位再与一个甚至两个阳离子继续作用所形成的九种衍生物的结构和性质。并用BSSE方法对比了这些衍生物中不同位置的成键强弱。 3．利用杂交换活化模型和弱耦合体系的计算框架，考察了Fe+Gly体系的活化参数、耦合矩阵元等动力学参数，并进行了详细的成键分析，系统的解释了Fe与Gly的三活性位的不同成键机理及不同成键方式对体系的活化能、耦合矩阵元等动力学参数的影响。 4．利用Marcus提出的电子转移速率公式及杂交换体系的活化模型曲阜师范大学硕土学位论文和重组模型，考察并比较了Fe＼Gly体系与Na＋＋Gly体系的重组能，耦合矩阵元及电子转移速率等动力学性质，介绍了对有金属离子参加的杂交换体系的位能面的处理方法。 5．利用MPZ及DFT的六种方法和较大基组，优化分析了N3W3M3” 体系的己知和未知构型、振动频率，并与实验值进行了对比，同时比较了不同计算方法对结果的影响。 6．用黄金规则，在 B3P86／6．311＋G”水平上考察了 N3W3体系的六种耦合方式，计算并分析了该体系的不同耦合状态下的活化能，稳定化能，耦合矩阵元及电子转移速率等动力学性质，探讨了不同偶合机理对上述动力学性质的影响。

关键词：甘氨酸黄金规则 N3-/N3/N+体系弱相互作用动力学性质耦合机理 ab initio计算密度泛函计算活化模型电子结构性质成键特征 H+/Li+/Na+/Fe+-甘氨酸耦合体系

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铀氢二元体系组成-结构-性质的第一性原理计算

铀氢二元体系组成-结构-性质的第一性原理计算

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作者：刘敏中国科学技术大学

学位级别：硕士

铀的氢化物是当前核材料领域的研究热点之一,在核电技术、铀的氢腐蚀和储氢材料具有广泛的应用前景。随着计算速度的提高和晶体结构预测算法的成熟,通过计算探索新材料和新结构,已成为材料科学研究的重要手段之一。在此基础上,本文围绕... 详细信息

铀的氢化物是当前核材料领域的研究热点之一,在核电技术、铀的氢腐蚀和储氢材料具有广泛的应用前景。随着计算速度的提高和晶体结构预测算法的成熟,通过计算探索新材料和新结构,已成为材料科学研究的重要手段之一。在此基础上,本文围绕铀氢二元体系,通过晶体结构预测算法和第一性原理计算相结合,系统地研究U-H二元体系在不同压力下“组成-结构-性质”之间的关系,主要的研究内容和结论如下:(1)通过变组分的晶体结构搜索和第一性原理计算相结合,分别预测了在0 GPa、20 GPa、50 GPa、100 GPa、150 GPa、200 GPa、250 GPa和300 GPa下UHx(x=1,2,3,4,5,6,7,8,9,17)、U2Hy(y=3,5,7,13,15,17)、U3H8、U3H10、U4H5和U4H9这20种铀的氢化物,并通过凸包线原理确定了它们稳定存在的压力区间范围。在这20种铀的氢化物当中,UH4、U3H10、U4H9和U2Hy(y=3,5,7,15,17)是热力学亚稳组成和结构,而其他的组成和结构都是热力学稳定的,其中有七个新组成和结构Cmcm-UH3、Fmmm-UH4、R3m-U2H7、Pm-U2H15、Cm-U3H8、C2-U4H9和C2/m-U4H5从来没有被报道过。并且发现了 UH、U2H5和UH3这三种组成存在着压力引起的相变,其中Cmcm-UH在65 GPa左右转变成P63/mmc-UH;而Cmcm-U2H5在高于76 GPa区间比C2/c-U2H5要更稳定;对于UH3而言,在0-6 GPa时,Pm3n-β-UH3最稳定,从6 GPa到35 GPa时,Pm3n-α-UH3更稳定,大于35 GPa,Cmcm-UH3最稳定。(2)通过第一性原理计算这些化合物的弹性常数,同时将弹性常数代入相应的力学稳定性判据中,验证了这20种铀的氢化物的力学稳定性。并计算了这些氢化物的体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、预估了维氏硬度,以及通用弹性各向异性指数等基本力学参数,发现C2/m-U4H5、Ibam-U2H3、Cm-U3H8和C2/m-U3H10潜在的塑性材料,其他结构为潜在的脆性材料。而值得注意的是其中的P4m2-U2H17和Cm-UH17的维氏硬度理论计算值分别高达43.1 GPa和44.6 GPa,是潜在的超硬材料。而通过电子结构性质的研究,发现这些氢化物全部具有金属性,综合电子局域函数和Bader电荷分析可知,对于铀的氢化物铀原子与氢原子之间存在着共价键,而随着压力的增大,大部分组成和结构的共价键的作用增强,并伴随着组成和结构硬度的潜在增加。

关键词：铀的氢化物晶体结构预测第一性原理力学性质电子结构性质

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用于太赫兹波段硒化镓晶体的第一性原理研究

用于太赫兹波段硒化镓晶体的第一性原理研究

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作者：于登峰燕山大学

学位级别：硕士

太赫兹的独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查等领域带来了深远的影响。产生太赫兹波的诸多方法中，结构较为简单、成本较低且具有同调性的太赫兹光源是利用非线性晶体的非线性光学转换产... 详细信息

太赫兹的独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查等领域带来了深远的影响。产生太赫兹波的诸多方法中，结构较为简单、成本较低且具有同调性的太赫兹光源是利用非线性晶体的非线性光学转换产生的。因此，寻找性能优良的新型太赫兹非线性光学晶体材料已成为当前光学材料研究领域的难点和前沿方向之一，对太赫兹波技术的推广有重大意义。本论文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，应用Materials Studio软件中的CASTEP模块，研究了理想GaSe晶体的电子结构、光学和弹性性质，带本征缺陷的GaSe晶体的电子结构和光学性质以及单掺S、In、Te、Cu和Zn的GaSe晶体的弹性和电子结构性能。首先，通过分析理想GaSe晶体的能带结构、总态密度、分波态密度、差分电荷密度，研究GaSe晶体的电子结构性质;计算了理想GaSe晶体的介电函数的虚部、能量损失函数、折射率、反射率和吸收率，研究GaSe晶体的光学性质;计算并分析了GaSe晶体的弹性性质，进一步研究了当外部压强由0～35GPa时，GaSe晶体弹性性能随外界压强的变化。其次，开展了带有本征缺陷的GaSe晶体的电子结构和光学性能的研究。通过计算不同缺陷态密度分布，研究了本征缺陷对GaSe晶体电子结构性质的影响;分析了带本征缺陷GaSe晶体的介电函数的虚部、能量损失函数、折射率、反射率和吸收率，研究带本征缺陷GaSe晶体的光学性质。最后，研究了单掺浓度分别是0.25、0.125、0.0625的GaSe:X （X=S、In、Te、Cu和Zn）晶体的弹性性质;根据对弹性性质的分析，通过掺杂晶体的态密度分布进一步分析了GaSe:X晶体的电子结构性质。

关键词： GaSe晶体电子结构性质光学性质弹性性质本征缺陷掺杂

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针对d/f-电子体系的局域屏蔽库伦修正方法

针对d/f-电子体系的局域屏蔽库伦修正方法

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中国化学会第30届学术年会-第十八分会：电子结构理论方法的发展与应用

作者：王越超蒋鸿北京大学化学与分子工程学院

含有3d或4f局域电子的开壳层体系,因为他们的独特的电子结构及磁性质而在理论以及应用研究领域受到广泛关注。然而通常的密度泛函理论(DFT)方法,因为对局域d/f-电子存在严重的自相互作用误差,难以正确描述这一类的强关联体系的基态性质... 详细信息

含有3d或4f局域电子的开壳层体系,因为他们的独特的电子结构及磁性质而在理论以及应用研究领域受到广泛关注。然而通常的密度泛函理论(DFT)方法,因为对局域d/f-电子存在严重的自相互作用误差,难以正确描述这一类的强关联体系的基态性质。被广泛地应用于强关联材料的第一性原理计算的DFT+U方法,通常需要人为指定屏蔽库伦作用强度,削弱了它对新的体系的预测能力。在本工作中,我们在密度泛函理论的框架下,根据Thomas-Fermi屏蔽模型,发展了一种体系自洽的局域屏蔽库伦修正方法,该方法基于局域空间内的电子密度,在进行了适当的平均化处理后,可以自洽的获得体系依赖的局域库仑屏蔽作用参数。我们将该方法应用于研究MO(M=Mn,Fe,Co和Ni)和EuX(X=O,S,Se,Te)体系的电子能带结构和磁性质,取得了较为合理的结果,验证了我们方法的有效性。

关键词：密度泛函理论屏蔽库伦作用强关联体系电子结构性质磁性质

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