NCCX（X=O，S）體系及其質(zhì)子化反應的理論研究.pdf

1、C、N、O和S的化學在不同領(lǐng)域受到大家的廣泛關(guān)注，尤其是在天體物理化學中扮演著非常重要的角色。目前已有很多含C、N、O或S元素的小分子體系在星際空間中相繼被發(fā)現(xiàn)。因此，詳細地研究C、N、O或S等小分子體系的電子結(jié)構(gòu)、成鍵性質(zhì)和穩(wěn)定性將有利于實驗室或者星際空間對含有C、N、O或S元素的物種的指認以及有利于深入理解材料化學中氣相沉積過程和反應機理。另外，質(zhì)子化反應是化學和生物學中最簡單但是又是最重要的反應之一，尤其是一些重要中性分子的質(zhì)子化

2、反應在離子化學條件下和星際空間中都是非常關(guān)鍵的反應。目前，在星際空間已經(jīng)探測到多種正離子，例如：HCO+、HOC+、H3O+、N2H+、HCS+、H3+、HCNH+和HC3NH+等。 本文在B3LYP／6-311++G(d，p)和CCSD(T)／6-311++G(2df，2p)水平下對[N，C，C，S]體系及其質(zhì)子化物種[H，N，C，C，S]+體系、[N，C，C，O]體系的質(zhì)子化物種[H，N，C，C，O]+體系和[H，N，C，C

3、，S]體系的異構(gòu)體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性及成鍵性質(zhì)進行了量子化學理論研究。并對[N，C，C，S]和[N，C，C，O]體系重要異構(gòu)體的質(zhì)子化反應過程和產(chǎn)物進行了討論。 在CCSD(T)／6-311++G(2df,2p)／／B3LYP／6-311++G(d，p)水平下研究了[N，C，C，S]體系的勢能面，分析了異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。鏈狀的NCCS E1是體系中能量最低的異構(gòu)體，同時，鏈狀的NCCS E1、CNCS E2和線性CCNS E5都處

4、于較深的勢阱當中，具有較高的動力學穩(wěn)定性，在一定的實驗室和星際條件下可能被觀測。研究同時分析了這三個重要異構(gòu)體的成鍵特性、計算了生成熱等相關(guān)熱力學性質(zhì)。并詳細討論了相關(guān)異構(gòu)體在實驗室和星際空間中可能的形成過程。 在精確的CCSD(T)／6-311++G(2df,2p)／／B3LYP／6-311++G(d，p)理論水平下，計算了[H,N，C，C，S]+體系的雙重態(tài)和四重態(tài)勢能面。分析了異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，并對具有較高穩(wěn)定性異構(gòu)體

5、的成鍵特性進行了探討。研究同時討論了[N，C，C，S]體系異構(gòu)體的質(zhì)子化反應過程和反應產(chǎn)物，結(jié)果表明[N，C，C，S]體系異構(gòu)體的質(zhì)子化過程都是熱力學非常有利的過程。對[H，N，C，C，S]+體系的雙重態(tài)勢能面和四重態(tài)勢能面進行了比較研究，分析了四重態(tài)異構(gòu)體的穩(wěn)定性和四重態(tài)勢能面對體系的貢獻。在CCSD(T)／6-311++G(2df,2p)／／B3LYP／6-311++G(d，p)水平下計算了[N，C，C，O]體系的質(zhì)子化物種，[H，

6、N，C，C，O]+體系的雙重態(tài)勢能面，分析了異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。在優(yōu)化得到的18個異構(gòu)體中，其中能量最低的異構(gòu)體是HNCCO+，共有8個異構(gòu)體擁有較高的動力學穩(wěn)定性，可以在實驗室和星際中被觀測。研究同時分析這8個重要異構(gòu)體的成鍵特性。通過對[N，C，C，O]體系及其質(zhì)子化物種[H，N，C，C，O]+體系的系統(tǒng)比較研究，表明[N，C，C，O]體系異構(gòu)體的質(zhì)子化過程在熱力學上都是非常有利的過程，與[N，C，C，S]體系的異構(gòu)體相一致。

7、 在CCSD(T)／6-311++G(2df,2p)／／B3LYP／6-311++G(d，P)水平下計算得到了[H,N，C，C，S]體系的單重態(tài)勢能面，分析了異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。SC(H)CN E1是勢能面上熱力學最穩(wěn)定的異構(gòu)體。在優(yōu)化得到的17個異構(gòu)體中，共有10個異構(gòu)體具有較高的動力學穩(wěn)定性，可以成為實驗室中檢測的目標。研究同時分析了這10個異構(gòu)體的成鍵特性，計算了這10個異構(gòu)體的絕熱電離勢和垂直電離勢。對[H,N，C，C，S