119Sn核磁共振化学位移计算的基准研究(Inorg. Chem. 2022)

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核磁共振(NMR)谱是阐明化学结构最重要的分析方法之一。然而对于某些原子核来说,可能的化学位移范围很大,相应的核磁共振测量往往很耗时。因此,利用稳健的量子化学方法进行可靠的化学位移预测具有广泛的意义。 为了评估用于预测119Sn NMR化学位移的常用方法和新量子化学方法的性能,最近一项研究提出了一个新的基准集,称为SnS51,包括50种含Sn化合物,其中Sn具有不同的键基序,分子大小从4到209个原子不等。共有51个119Sn NMR化学位移实验值,范围从2448到-2204 ppm,可作为计算方法评估的参考。 为了计算119Sn NMR位移,评估了15种密度泛函,将它们与三种不同相对论方法(标量X2C、ZORA和自旋轨道耦合ZORA)相结合,并基于CREST/CENSO算法生成的异构-旋转异构体集合,评估构象的柔性对化学位移预测的影响。此外还研究了119Sn NMR化学位移计算的结构依赖性,以及半经验量子力学(GFN2-xTB)或力场(GFN-FF)方法的适用性。为了进一步改善结果,作者研究了一种简单的线性标度方法。 研究表明,稳健的杂化泛函如PBE0,与TZP基组、COSMO溶剂化模型与自旋轨道耦合相对论哈密顿量相结合,总体平均绝对偏差良好,在100~ppm以下(另见NMR常见问题)。 参考 文献: J. B. Stückrath, T. Gasevic, M. Bursch, and S. Grimme, Benchmark Study on the Calculation of 119Sn NMR Chemical Shifts, Inorg. Chem. 2022, 61, 3903-3917

AMS在过渡金属与重元素的应用

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概述 过渡金属是元素周期表中最广泛的存在,在化学、电子、稀土、制造、高能物理等各个领域都有他们的身影。过渡元素中d、f电子的复杂性,导致过渡金属体系的电子态也与主族元素有截然不同的特点。能级简并,让基态电子占据,甚至分子结构的几何对称性的确定,也变得较为复杂,更不用说激发态、发光的特性。 过渡金属与重元素的计算精确性,变得尤为重要,相对论效应扮演着非常重要的角色。相对论对计算的影响,一般主要体现在两个方面: 对能级、电子云分布的影响自旋轨道耦合 对较轻的元素例如C、H、O、N等而言,相对论对能级的影响基本上可以忽略不计,因此在这类元素体系的计算中,相对论效应往往呗忽略。但对重元素如汞、金,甚至超重元素铀等,相对论效应会显著影响能级分布、键长。 自旋轨道耦合,对能量的影响非常微弱,但在发光材料机理方面却起着决定性的作用。倘若没有自旋轨道耦合,磷光这种现象根本不会存在。在相对论理论方面,AMS集成了应用最为广泛的ZORA方法,以及最先进的X2C方法。 应用 配合物成键分析 配合物结构精确计算键能分解分析通过化学价自然轨道分析,了解共价键形成过程中,金属元素各轨道如何参与成键金属配体电荷转移金属d、f轨道在配合物中的分裂情况 光吸收与发光 紫外可见吸收谱单重态、三重态激发态结构计算系间窜跃Franck-Condon因子、Huang-Rhys因子振动分辨的磷光发射谱X射线发射谱(XES)内层电子的激发周期结构材料的结合能X射线近边吸收光谱(XANES)、扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS) 案例 配合物/氢键/范德华作用/化学键分析/分子间相互作用重元素/团簇

 
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