水包合物H2-(H2O)12結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的理論研究.pdf

1、水包合物（clathrate hydrates）是由主體水籠和包含在水籠中的客體氣體分子組成的，其中主體水籠由氫鍵連接的水分子構(gòu)成。目前水包合物儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣的作用得到了廣泛的關(guān)注。
　　本課題的理論基礎(chǔ)是分子軌道從頭算，使用自洽場(chǎng)（HF）方法和多種電子相關(guān)方法，例如二階微擾論(MP2)、耦合簇（CCSD(T)）、密度泛函(DFT)等方法并應(yīng)用6-311++G**基組，由淺入深的研究了水包合物H2-(H2O)12的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，以

2、及氫氣客體被主體水籠捕獲和從水籠內(nèi)逃逸的可能性。研究的具體內(nèi)容和得到的主要結(jié)果如下：
　　重點(diǎn)在B3LYP/6-311++G**水平下研究了水籠團(tuán)簇(H2O)12的成鍵機(jī)制及穩(wěn)定性，并分析了水籠團(tuán)簇(H2O)12的幾何結(jié)構(gòu)、解離能、H2O分子間相互作用等內(nèi)容。結(jié)果表明H2O分子間非近鄰相互作用導(dǎo)致了水籠團(tuán)簇(H2O)12的收縮；
　　在對(duì)水籠團(tuán)簇(H2O)12研究的基礎(chǔ)上，對(duì)水包合物H2-(H2O)12的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性進(jìn)行了研

3、究。同時(shí)分析了水包合物的各項(xiàng)性質(zhì)，計(jì)算得到的結(jié)果表明主體水籠與客體氫氣分子之間存在弱相互作用，因此在常溫常壓下其穩(wěn)定性要高于水籠團(tuán)簇；
　　在關(guān)于水包合物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了氫氣客體是否能在水籠中遷移及水包合物形成后是否能將氫氣釋放出來(lái)的相關(guān)動(dòng)態(tài)問(wèn)題。應(yīng)用電子結(jié)構(gòu)計(jì)算確定了氫氣在水包合物中遷移的勢(shì)壘。計(jì)算了氫氣分子從水籠中心通過(guò)六邊形面遷出的一維勢(shì)能曲線圖。在MP2水平下應(yīng)用6-311G*基組計(jì)算的勢(shì)壘為2.7