高精度从头算方法对DFT在过渡金属催化反应中计算结果的标定

来源 :中国科学院大学 中国科学院化学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ld2001
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密度泛函理论是目前研究过渡金属化合物的电子结构及相关性质的比较广泛使用的理论工具。过渡金属键合基序的多样性、过渡金属化合物分子体系相对较大以及较强的静态相关效应为DFT计算提出了很大的挑战,而且对DFT标定的结果表明:所有的泛函在计算某些过渡金属化合物体系时都可能会出现严重误差。因此,使用DFT泛函对体系进行相关计算时,最好先对其进行标定。在本论文中,对不同泛函在过渡金属Zr,Ru,Rh催化反应中的计算结果进行了标定,以期对以后的DFT计算起到指导作用。  (1)采用包含芯-价层电子相关效应的耦合簇CCSD(T)/CBS方法对15种常用泛函在过渡金属Zr参与反应中的反应能垒进行了标定。包括四个不同反应:(a)二茂锆化合物Cp2Zr(H)Cl中的Zr-H键对C=C、C≡C、C=O键的插入;(b)二茂锆化合物Cp2Zr=NH中的Zr=N键活化C-H。标定结果最好的是M06系列的三个泛函M06-L、M06、M06-2X,平均绝对误差都小于2 kcal/mol。标定结果最差的是平均绝对误差大于10 kcal/mol OLYP。同时考虑能垒趋势和系统的能垒偏差,标定结果最好的是M06-2X。DFT经验色散校正DFT-D3对大部分泛函的标定结果起到改进的作用(特别是OLYP和B3LYP)。经过色散校正之后,M06-2X仍然是标定结果最好的泛函。  (2)采用包含芯-价层电子相关效应的耦合簇CCSD(T)-F12b对19种泛函在铂族金属Ru和Rh催化的σ键活化反应的反应能垒和反应能中的计算结果进行了标定,并将平均绝对误差分为以下三类:MUD(Rh)、MUD(Ru)、和MUD(tot)。对于反应能垒的计算结果,三种平均绝对误差小于2 kcal/mol的泛函有:MN12SX< CAM-B3LYP<M06-L<MN12L<M06<ωB97X<B3LYP<LC-ωPBE;而OLYP和BP86是计算结果最差的两个泛函。对于反应能的计算结果,三种平均绝对误差小于2 kcal/mol的泛函有:PBE0<CAM-B3LYP=N12SX;而计算结果最差的泛函是BMK。同时考虑能垒趋势和系统的能垒偏差,M06-L和B3LYP分别是计算Ru和Rh催化反应中反应能垒和反应能最好的泛函。DFT经验色散校正DFT-D3对不同泛函的影响没有一致规律。
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过渡金属氧化物是一类很重要的催化剂,有几大优点:抗中毒、热稳定性好、使用寿命长、对氧化反应的选择性高。有序介孔碳具有有序的孔径结构、高的孔隙容积,并且和多孔空心碳纳米球一样由于具有大的比表面积、优良的导电性、高的化学稳定性以及生物相容性等优点而有望成为高分散的催化剂的基质。本文采用水热法合成了两种过渡金属氧化物/碳纳米复合材料,考察了它们的电化学行为,并用于电化学传感器的构建,取得了满意的结果。主
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