ADF Highlight:NHC-gold(I)催化烷氧基化中的平衡离子的作用(ACS Catal.,2015)

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参考文献: G. Ciancaleoni, L. Belpassi, D. Zuccaccia, F. Tarantelli, and P. Belanzoni,Counterion Effect in the Reaction Mechanism of NHC Gold(I)-Catalyzed Alkoxylation of Alkynes: Computational Insight into Experiment, ACS Catal. 5, 803–814 (2015) 金催化在有机合成中,已经成了孤立π-体系亲核反应、C-H活化、交叉偶联反应、光催化以及不对称转化中非常流行的基本工具。和配体的作用类似,金催化平衡离子被认为是调制催化效果的基本要素。但催化循环反应的不同阶段,阴离子所起的作用还在争论之中。 从实验数据来看,阴离子倾向于作为配体和氢键受体,意想不到地增强L–Au–X (L = ligand, X = anion)催化炔的烷氧基化的效率,其中亲核进攻时决速步。 DFT计算显示,在这一步中,阴离子的作用是: 作为模板支撑外部环境亲核分子在适当位置进攻; 作为氢键受体,增强进攻的乙醇分子的亲核性; 通过强配位能力和/或碱度,钝化催化剂,阻止炔配位,或形成自由醇盐。 在质子去金化这一步,阴离子成了质子的“摆渡车”,从而降低了活化能垒。基于这种反应机理,DFT计算倾向于支持中间配位,以及碱性阴离子是最有效的催化剂。 甲苯磺酸盐平衡离子打破了它作为Au-NHC化合物配体以及氢键受体的完美平衡,增强了催化炔的烷氧基化的效果。 关键词:Relativistic DFT, reaction mechanisms, homogeneous catalysis

ADF Highlight:相对论DFT找到铑卡宾13C的NMR信号(Science,2013)

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参考文献: K. P. Kornecki, J. F. Briones, V. Boyarskikh, F. Fullilove, J. Autschbach, K. E. Schrote, K. M. Lancaster, H. M. L. Davies, and J. F. Berry, Direct Spectroscopic Characterization of a Transitory Dirhodium Donor-Acceptor Carbene Complex, Science, 342, 351-354 (2013) 在本文中,使用ADF中基于相对论DFT的NMR功能被用来计算13C的NMR化学位移,以及JRH-C耦合常数。预测的范围为:δ = 218-270 ppm, JRh-C = 26.3-29.3 Hz。帮助实验学家找到了高活性的铑卡宾NMR信号(δ = 240 ppm, JRh-C = 27.3 […]

ADF Highlight:使用logKow评估阻燃剂在生物体内的积累

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参考文献: J. N. Louwen and T. Stedeford, Computational assessment of the environmental fate, bioaccumulation, and toxicity potential of brominated benzylpolystyrene, Toxicol. Mech. Meth. 21, 183–192 (2011) 溴化聚苯乙烯(Brominated benzylpolystyrene,BrBPS)是一种阻燃剂,应用非常广泛,所以它在生物体内的积累率、潜在毒性、降解途径备受关注。 COSMO-RS and QSAR logKow预测 研究者们计算log Kow作为第一个筛选参数来估计生物体内的积累率:能持续挥发的辛醇:水分配系数logKow在4.5~10之间时,会导致很强的生物体内的积累率。本文中,COSMO-RS的预测结果与定量构效关系(QSAR)进行了对比。 COSMO-RS作为一种基于量子力学的方法,在热力学性质预测方面包含了分子结构的三维信息,而QSAR模型则没有。QSAR模型要么预测的宽度太大,要么与聚合物长度无关。COSMO-RS模型预测的结果,在7个单体以上,logKow会比较温和的增大,如果考虑聚合物球形卷曲的话,会更合理。 B3BPS的COSMO表面电荷适中,聚合物是非极性的,这也可以从sigma profile体现出来。与水相相比,强烈地倾向于辛醇(logKow非常高) 关键词:COSMO-RS;logP

ADF Highlight:COSMO-SAC-2013改进热力学性质预测

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参考文献: R. Xiong, S. I. Sandler, and R. I. Burnett, An Improvement to COSMO-SAC for Predicting Thermodynamic Properties, Ind. Eng. Chem. Res., 53, 8265–8278 (2014). Xiong, Sandler, and Burnett (Chemical Engineering, University of Delaware)提出COSMO-SAC-2013流体热力学模型,参数已更新到ADF软件中,只使用一套普适性参数,COSMO-SAC-2013就得到了比COSMO-SAC更高的对混合物热力学性质更精确的预测,对单组份液体的热力学性质保持COSMO-SAC相同的精度。 针对logP数据拟合出来的这一套新参数,显著提高了汽-液平衡性质,例如混合物蒸气压的预测精度。 关键词:COSMO-SAC, COSMO-RS, Thermodynamics, Thermochemistry, Thermal properties, VLE, Vapor pressure

ADF Highlight:气体在离子液体中的溶解度

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参考文献: Z. Lei, C. Dai, and B. Chen, Gas Solubility in Ionic Liquids, Chem. Rev., 114, 1289−1326 (2014). 在Chemical Review中,北京化工大学雷志刚教授课题组对各种预测气体(主要是CO2)在离子液体中的溶解度的理论模型进行了综述。对预测活度系数的方法以及状态方程模型与实验数据进行了比较。基于基团的UNIFAC方法与基于量子化学的COSMO-RS相比,更接近实验结果,迁移性较差;COSMO-RS适用于各种气体,例如对SO2。 左图:COSMO-RS预测不同温度(283, 298.1, 323.1, 348.1 K)下,SO2溶在[BMIM]+[MeSO4]−中的溶解度(实线)与实验结果(符号)比较 右图:[BMIM]+和[MeSO4]−的COSMO-RS表面 随着越来越多的高质量实验数据出现,COSMO-RS模型对气体在例子液体中的溶解度的定量预测也会越来越精确。北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室的雷志刚教授课题组为ADF提供了完整的离子液体数据库以及相关资料:COSMO-RS tutorial on ionic liquids。 关键词:COSMO-RS;oil & Gas;Pharma

ADF Highlight:ReaxFF+TDDFT研究TiO2表面染料分子的结构特征、聚集特征、光学与动力学性质

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参考文献: S. Monti, M. Pastore, C. Li, F. de Angelis, V. Carravetta, A Theoretical Investigation of Adsorption, Dynamics, Self-Aggregation and Spectroscopic Properties of the D102 Indoline Dye on an Anatase(101) Substrate, J. Phys. Chem. C 120, 2787–2796 (2016) 本文使用ReaxFF结合TDDFT方法,研究TiO2表面染料分子的结构特征、聚集特征、光学与动力学性质。阐明了染料敏化太阳能电池DSSC的主要成分,通过多层次的理论方法,与实验结果一致地,理想地描述了染料分子区域的有序性、染料分子在基底表面的堆叠以及强锚定机制。并阐释了染料分子富集导致了吸收光谱的红移。 关键词:DSSCs;Organics electronics;ReaxFF

ADF Highlight:费-托催化中的助催化剂

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参考文献: J. Xie, J. Yang, A.I. Dugulan, A. Holmen, D. Chen, K.P. de Jong, and M.J. Louwerse, Size and Promoter Effects in Supported Iron Fischer-Tropsch Catalysts: Insights from Experiment and Theory, ACS Catal. 6, 3147-3157 (2016) 费-托反应主要目的是使用合成气生成C2到C4烯烃,该反应中,通常会产生大量不希望得到的甲烷。Utrecht的计算化学家使用AMS中BAND模块进行理论计算结合实验,合理解释了铁基费-托催化中的助催化剂效果。助催化剂的加入改进了选择性,尤其是纳与硫是一个非常好的组合。 AMS-BAND的高质量计算解释了这种特别的助催化剂组合:电荷贡献配合特殊结构达到了这种效果。催化剂的活性相是铁的碳化物,其中碳参与了反应机理。因为硫原子与铁原子的结合很特别,不会阻挡碳原子,产生了次紧邻相互作用,从而将助催化剂的作用最大化。 BAND模块能够正确地处理表面的边界条件,因此能够体现助催化剂和/或衬底在垂直于表面的极化效应。表面的计划对催化效果有很大的影响,因为电荷的分布能够左右反应路径。 关键词:Bonding analysis;catalysis;oil & gas

BAND Highlight:二氧化硅衬底对单层石墨烯表面吸附水分子的影响

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参考文献: V. M. Bermudez, J. T. Robinson, Effects of Molecular Adsorption on the Electronic Structure of Single-Layer Graphene Langmuir, 27, 11026-11036 (2011). US Naval Research Laboratory通过实验与理论的结合研究表明,虽然二氧化硅(使用β-方石英结构作为无定形二氧化硅模型)衬底不会影响单层石墨烯的能带结构,但它却影响了水分子如何在表面的吸附。本文使用BAND的色散修正泛函DFT (revPBE-D3)研究了真空中以及在二氧化硅沉底上的单层石墨烯上,水分子的吸附状态。对于吸附能为正的情况,有必要采用Grimme’s D3色散修正。而如果不使用DFT的话,无法得到石墨烯湿润的结果。 虽然二氧化硅衬底没有影响石墨烯的电子结构,但将真空石墨烯上,水分子的结合能从207meV增大到257meV。二者吸附结构也完全不同。 另外,实验表明石墨烯上的CH2缺陷与非绝热电子激发耦合,这是一种修饰石墨烯电子结构性质的可能途径。 关键词:BAND周期性密度泛函;色散修正DFT(GGA-D3);吸附;能带结构

ADF Highlight:染料敏化太阳能电池中钌染料的效率

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参考文献: M. Barrera, I. Crivelli, and B. Loeb, On the performance of ruthenium dyes in dye sensitized solar cells: a free cluster approach based on theoretical indexes, J Mol. Model 22, 118 (2016). 本文使用染料与两个Ti(OH)3相连(模拟半导体表面)的分子模型,预测了7种钌染料在染料敏化太阳能电池中的效果。理论上,染料分子的效率由三种因素决定:1)吸收并传递到锚基团的能量的大小;2)注入Ti(OH)3的LUMO轨道的电荷;3)被氧化染料分子,通过三碘化物还原。 本文使用了ADF特有的一些非常强大的功能:将分子轨道投影到片段轨道;SAOP模型交换相关势(这种交换相关势修正了电子的长程行为);通过分数占据计算配体的化学硬度。 关键词:片段分析、DSSCs、TDDFT

 
  • 突破传统:单离子源策略实现铁(I)配合物的温和高效合成研究背景 寻找对现有试剂的低成本、低毒的替代品,一直是均相催化领域的核心诉求。近年来,利用地壳富含的铁元素构建催化剂来取代昂贵且不可持续的贵金属元素,已成为该领域的研究热点。其中,一价铁(Fe(I))分子配合物更是在诸多工业催化反应中展现出优异的催化性能。然而,性能优势的背后暗藏不可忽视的瓶颈。与第9、10族贵金属催化剂不同,低价铁面临着一个致命缺陷——缺乏化学性质稳定的起始物料。传统合成方法只能高度依赖钾石墨(KC8)或格氏试剂(RMgX)等强还原剂,对二价或三价铁前驱体进行原位还原。这不仅导致催化体系结构不明确,还极大地限制了反应的官能团兼容性。尽管此前学界曾尝试通过氧化铁羰基化合物或高价铁化合物还原法制备双夹心铁芳烃配合物,但往往因发生歧化反应难以分离得到纯净产物,最终功亏一篑。针对这一痛点,Oliver P. E. Townrow 等人在国际顶尖化学期刊 JACS 上给出了破局之法,课题组成功开发出一种在固态下对空气稳定的单核一价铁夹心配合物 [Fe(durene)2]+(durene = [...]
  • 基于密度泛函的磷酸钠化学蓄热材料失效机理研究研究背景 磷酸钠水合物是建筑环境中极具前景的蓄热材料。在蓄热过程中,该材料可能发生水解反应,导致材料变性,从而限制其工程应用。基于复合改性的循环实验室探究,本团队已经突破了材料的百次循环可用性,但依旧存在少部分磷酸钠活性组分水解失效的发生。了解并限制磷酸钠水合物的水解反应成为了工业应用研究的重点。然而,在跨季节蓄热系统的工作条件下,关于水解反应的可能性及其与脱水反应的竞争关系,在蓄热系统中的相关信息仍不明晰。因此,通过理论计算,可从本质上解释磷酸钠蓄热材料在跨季节蓄热领域下随温度,压力工况变化的水解/脱水反应偏好行为。 研究内容 中国科学院广州能源研究所黄宏宇研究员和新加坡南洋理工大学 Fei Duan 教授课题组合作,采用密度泛函计算结合热力学分析的方法,系统研究了不同水合数(n=0-12)的磷酸钠水合物的分子结构,以确定其稳定构型。此外,计算了磷酸钠及其水合物的频率谱,进而用于计算蓄热过程中吉布斯自由能变,以获得脱水反应和水解反应的 P-T 图,并最终明确了磷酸钠水合物的微观失效机理。该研究结果为可为预防和消除磷酸钠热化学蓄热材料在跨季节蓄热领域应用中的失效问题提供了有利的理论依据。 图1. [...]
  • AMS2026 发布AMS2026 现已发布,带来了机器学习势、模拟工作流程及易用性方面的强大新进展。凭借更广泛的化学覆盖范围和更优的性能,开展自动化、可重复的研究比以往任何时候都更加便捷。立即升级,亲身体验其卓越表现。 机器学习势 新模型系列(eSEN、MACE、UMA等)基于大规模数据集训练,在提升机器学习势能的效率与精度的同时,进一步拓展了其适用范围。 扩展的覆盖范围包括: 带电及磁性分子 生物分子与聚合物 金属配合物与催化界面 金属有机框架材料与分子晶体 无机材料 [...]
  • 首例稳定低价态铟氢化物:合成瓶颈的突破与亲核反应性得的探索导语 较重主族元素的低氧化态氢化物因极度不稳定而长期被视为“难以捉摸”的研究难题,然而,Oriol Planas 教授团队近期在《Journal of the American Chemical Society》发表的题为《A Crystalline [...]
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