b5h9的结构和性能thestructureandpropertiesofb5h9(附件)【字数：12152】
本文采用基于密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法和6-31G(d)基组对构建好的B5H9构型进行结构优化，得到能量最低构型。并研究基态结构的稳定性、磁性和光谱等性质。主要结论如下1、稳定性分析表明，B5H9热稳定性较高，化学稳定性较低；2、NBO分析B5H9基态结构的电荷布局特性和部分成键性质，发现其电荷转移即s、p轨道杂化不仅发生在B原子内部，而其B、H原子之间也有杂化现象；3、红外光谱分析表明B5H9的振动范围分布在600-2800cm-1处，振动强度主要分布在200-700km·mol-1处；4、电子性质和磁学性质研究表明，B5H9总磁矩较小，B原子对总磁矩贡献比H原子要大。5、B5H9芳香性计算结果表明在中心(0.100nm)处的NICS值受键的局域顺磁的影响最小；芳香性随垂直距离的改变而改变，同时也表明在B5H9中具有多重芳香性。关键词B5H9；稳定性；光谱性质；电磁性质；芳香性；密度泛函理论
目 录
第一章 绪论 1
1.1 团簇物理简介 1
1.1.1 团簇概念 1
1.1.2 研究对象 1
1.1.3 研究意义 2
1.2硼氢团簇的研究和意义 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 理论基础 4
2.1 量子化学 4
2.2 密度泛函理论（DFT） 5
2.2.1 DFT简介 5
2.2.2 DFT应用 5
第三章 B5H9的结构和性能 7
3.1 引言 7
3.2 计算方法 7
3.3 结果与讨论 8
3.3.1几何构型 8
3.3.2结构稳定性 9
3.3.3自然键轨道（NBO） 10
3.3.4.1 红外光谱 12
3.3.4.2 拉曼光谱 13
3.3.5 磁矩 15
3.3.6极化率 16
3.3.7静电势图 17
3.3.8 B5H9的NICS分析 18
结论 19
致谢 20
参 考 文 献 21
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.1 团簇物理简介
1.1.1 团簇概念
其实，所谓的团簇（包括原子或者是分子团簇）就是数量不一的分子或者是原子通过结合力而组成的，那这种结合力可以是物理结合力，当然也可以是化学结合力。对于分子或者是原子的数量来说，可以是几个，当然也可以是成百上千个。其实换句话说，团簇就是相对来说比较稳定的微观或者是亚微观聚集体[1]。所以，团簇的空间几何结构、电子结构、磁学和光学等性质是伴随着团簇里面所包含的粒子（原子和分子）数目变化而变化的[2]。
每个团簇的大小是不一样的。小可以是几纳米，大可以达到几百纳米[3]。实际上，大多数团簇和单独的原子所具有的的化学性质或者物理是不一样的，同样的，也与固体、液体不相同。当然，不能简单地说，该集群的本质是一种综合性和单个原子（或分子）通过一个简单的线性插值或获得延长固体（或液体）的属性。如果把无机分子用来描述团簇，团簇似乎是太大，如果使用一小块固体来形容团簇的话又会显得太小。由于这些特性，将团簇视为宏观物质固体（或液体）和微观原子（或分子）之间一个新的层次结构的集合。也可以说，它是上各种物质由原子（或分子）向宏观物质的转换过渡状态，实际上，它表示在该状态下最原始凝聚态[4]。
1.1.2 研究对象
团簇研究几个主要的方向：
（1）研究团簇的组成，空间几何结构，稳定性以及团簇原子的电子构型规律；
（2）研究团簇的制备方法，获得大小均匀和可控团簇束方法以及团簇的形成过程；
（3）研究各种物质以及其化合物团簇的光，电磁，力学和化学等方面性质，还有他们与空间结构大小的各种关系，以及是如何转化成宏观大块物质的；
（4）研究和探索发现新理论，不仅要解释现有的各种团簇效应和现象，还应该可以解释和预测团簇的空间结构，用来对其实验进行相关的指导；
（5）研究团簇，以及需要的团簇材料合成方法，还有所需要的团簇合成材料的物理化学性质；
（6）研究出最有效的方法来控制团簇表面，同时也可以达到修饰团簇表面的目的[5]。
1.1.3 研究意义
团簇科学是一门多学科交叉学科。对团簇科学的研究，最根本的问题是研究明白科研集群团簇是如何一步一步地由原子或分子演变在一起从而成为所熟知的团簇的[6]。而且随着从原子演变成团簇的发展，团簇的性能是如何改变，如何发展的，可以具体到在空间尺寸为多少时，从微观团簇变成宏观固体的。在自然界中，团簇可以说是无处不在，那关于这个过程会涵盖许多物质的运动过程，例如催化，凝固，结晶等等物理或者化学反应过程以及结果[7]。由此成为物理和化学两大基础学科的交叉学科，也是材料学的一个新的萌芽发育点。
其实，团簇研究意义主要体现在两方面：
第一方面是在试验中,团簇的几何结构很难通过实验研究确定。所以实验中难以确定的性质就是通过理论研究从而得出结论的。第二方面是材料的微观结构是可以决定材料的包括物理和化学性质的，通过量子化学的计算，从理论上得到结果和实验数据相比较来进行分析，可以更加全面得到材料的性质。对新材料的研究和发展有推动作用[8]。
1.2硼氢团簇的研究和意义
由B和H两种元素组成的团簇就叫做硼氢团簇。硼氢团簇的蒸气，可以闻到有明显的气味,而且是有剧毒的。 硼氢团簇对O2十分敏感,在空气中常温下就会引起自燃,如果反应剧烈甚至还会发生爆炸。在研究硼烷时，值得注意的是，硼烷有特别大的毒性如果不小心吸入乙硼烷而导致的结果就是会直接损害肺部。当然，如果不小心吸入癸硼烷的话，其直接结果就是引起心力减退。因为硼烷种类繁多，比如水解相对较慢的硼烷，如果被人体吸入，就特别容易聚集，导致的后果就是中枢神经系统中毒，而且对肾脏和肝脏也会有很大的伤害[9]。
在化学研究上，所说的硼烷类的化合物具体是指：只有硼元素（B）和氢元素（H）组成的化合物，这类化合物就称之为硼烷类化合物。化学通式BxHy是拿来表示这类硼氢化合物的。所有的这一类硼氢化合物都是通过技术手段，理论研究，从而合成得到的。B元素具有较强的还原性，所以在大多数情况下，硼氢化合物在遇到水或者是氧气会快速发生反应，从而不会稳定存在。所以，对于硼氢化合物的保存条件要求是无氧无水[10]。
所说的甲硼烷，其化学式是BH3，它的物理状态是气体，甲硼烷二聚体就是乙硼烷，其化学式是B2H6。多聚体是在每个单分子无限聚集是所形成的更大分子量的硼烷。多聚体硼烷存在同分异构体是因为单个分子基数太多导致空间排列顺序不同。
随着硼氢化合物在化学中的发展，肯定会不断地出现新的理论概念甚至会因此而产生许多新的实验技术。现在对于硼氢化物而言，它是人类的一种潜在高能燃料，现在，火箭弹和汽车燃料已将开始在应用硼氢化合物了[11]。癸硼烷、戊硼烷和乙硼烷这三个较为简单的硼烷在化学研究中常常是科学家最为重要的研究对象，因为其结构相对于简单，研究起来相对简单，对于人类发展能起到较为大的促进作用。随着科技的进步和时代的发展，硼氢团簇的研范围在不断地扩大，现在不仅仅是研究含有B原子的团簇，还有可能是含有C原子甚至是含有金属原子。换句话说就是在硼烷中，一个（或多个B原子）被C原子（或者是金属原子）而取代的硼烷也是现在研究的对象。希望从中研究出对人类发展有益的各类硼烷[12]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 团簇物理简介 1
1.1.1 团簇概念 1
1.1.2 研究对象 1
1.1.3 研究意义 2
1.2硼氢团簇的研究和意义 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 理论基础 4
2.1 量子化学 4
2.2 密度泛函理论（DFT） 5
2.2.1 DFT简介 5
2.2.2 DFT应用 5
第三章 B5H9的结构和性能 7
3.1 引言 7
3.2 计算方法 7
3.3 结果与讨论 8
3.3.1几何构型 8
3.3.2结构稳定性 9
3.3.3自然键轨道（NBO） 10
3.3.4.1 红外光谱 12
3.3.4.2 拉曼光谱 13
3.3.5 磁矩 15
3.3.6极化率 16
3.3.7静电势图 17
3.3.8 B5H9的NICS分析 18
结论 19
致谢 20
参 考 文 献 21
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.1 团簇物理简介
1.1.1 团簇概念
其实，所谓的团簇（包括原子或者是分子团簇）就是数量不一的分子或者是原子通过结合力而组成的，那这种结合力可以是物理结合力，当然也可以是化学结合力。对于分子或者是原子的数量来说，可以是几个，当然也可以是成百上千个。其实换句话说，团簇就是相对来说比较稳定的微观或者是亚微观聚集体[1]。所以，团簇的空间几何结构、电子结构、磁学和光学等性质是伴随着团簇里面所包含的粒子（原子和分子）数目变化而变化的[2]。
每个团簇的大小是不一样的。小可以是几纳米，大可以达到几百纳米[3]。实际上，大多数团簇和单独的原子所具有的的化学性质或者物理是不一样的，同样的，也与固体、液体不相同。当然，不能简单地说，该集群的本质是一种综合性和单个原子（或分子）通过一个简单的线性插值或获得延长固体（或液体）的属性。如果把无机分子用来描述团簇，团簇似乎是太大，如果使用一小块固体来形容团簇的话又会显得太小。由于这些特性，将团簇视为宏观物质固体（或液体）和微观原子（或分子）之间一个新的层次结构的集合。也可以说，它是上各种物质由原子（或分子）向宏观物质的转换过渡状态，实际上，它表示在该状态下最原始凝聚态[4]。
1.1.2 研究对象
团簇研究几个主要的方向：
（1）研究团簇的组成，空间几何结构，稳定性以及团簇原子的电子构型规律；
（2）研究团簇的制备方法，获得大小均匀和可控团簇束方法以及团簇的形成过程；
（3）研究各种物质以及其化合物团簇的光，电磁，力学和化学等方面性质，还有他们与空间结构大小的各种关系，以及是如何转化成宏观大块物质的；
（4）研究和探索发现新理论，不仅要解释现有的各种团簇效应和现象，还应该可以解释和预测团簇的空间结构，用来对其实验进行相关的指导；
（5）研究团簇，以及需要的团簇材料合成方法，还有所需要的团簇合成材料的物理化学性质；
（6）研究出最有效的方法来控制团簇表面，同时也可以达到修饰团簇表面的目的[5]。
1.1.3 研究意义
团簇科学是一门多学科交叉学科。对团簇科学的研究，最根本的问题是研究明白科研集群团簇是如何一步一步地由原子或分子演变在一起从而成为所熟知的团簇的[6]。而且随着从原子演变成团簇的发展，团簇的性能是如何改变，如何发展的，可以具体到在空间尺寸为多少时，从微观团簇变成宏观固体的。在自然界中，团簇可以说是无处不在，那关于这个过程会涵盖许多物质的运动过程，例如催化，凝固，结晶等等物理或者化学反应过程以及结果[7]。由此成为物理和化学两大基础学科的交叉学科，也是材料学的一个新的萌芽发育点。
其实，团簇研究意义主要体现在两方面：
第一方面是在试验中,团簇的几何结构很难通过实验研究确定。所以实验中难以确定的性质就是通过理论研究从而得出结论的。第二方面是材料的微观结构是可以决定材料的包括物理和化学性质的，通过量子化学的计算，从理论上得到结果和实验数据相比较来进行分析，可以更加全面得到材料的性质。对新材料的研究和发展有推动作用[8]。
1.2硼氢团簇的研究和意义
由B和H两种元素组成的团簇就叫做硼氢团簇。硼氢团簇的蒸气，可以闻到有明显的气味,而且是有剧毒的。 硼氢团簇对O2十分敏感,在空气中常温下就会引起自燃,如果反应剧烈甚至还会发生爆炸。在研究硼烷时，值得注意的是，硼烷有特别大的毒性如果不小心吸入乙硼烷而导致的结果就是会直接损害肺部。当然，如果不小心吸入癸硼烷的话，其直接结果就是引起心力减退。因为硼烷种类繁多，比如水解相对较慢的硼烷，如果被人体吸入，就特别容易聚集，导致的后果就是中枢神经系统中毒，而且对肾脏和肝脏也会有很大的伤害[9]。
在化学研究上，所说的硼烷类的化合物具体是指：只有硼元素（B）和氢元素（H）组成的化合物，这类化合物就称之为硼烷类化合物。化学通式BxHy是拿来表示这类硼氢化合物的。所有的这一类硼氢化合物都是通过技术手段，理论研究，从而合成得到的。B元素具有较强的还原性，所以在大多数情况下，硼氢化合物在遇到水或者是氧气会快速发生反应，从而不会稳定存在。所以，对于硼氢化合物的保存条件要求是无氧无水[10]。
所说的甲硼烷，其化学式是BH3，它的物理状态是气体，甲硼烷二聚体就是乙硼烷，其化学式是B2H6。多聚体是在每个单分子无限聚集是所形成的更大分子量的硼烷。多聚体硼烷存在同分异构体是因为单个分子基数太多导致空间排列顺序不同。
随着硼氢化合物在化学中的发展，肯定会不断地出现新的理论概念甚至会因此而产生许多新的实验技术。现在对于硼氢化物而言，它是人类的一种潜在高能燃料，现在，火箭弹和汽车燃料已将开始在应用硼氢化合物了[11]。癸硼烷、戊硼烷和乙硼烷这三个较为简单的硼烷在化学研究中常常是科学家最为重要的研究对象，因为其结构相对于简单，研究起来相对简单，对于人类发展能起到较为大的促进作用。随着科技的进步和时代的发展，硼氢团簇的研范围在不断地扩大，现在不仅仅是研究含有B原子的团簇，还有可能是含有C原子甚至是含有金属原子。换句话说就是在硼烷中，一个（或多个B原子）被C原子（或者是金属原子）而取代的硼烷也是现在研究的对象。希望从中研究出对人类发展有益的各类硼烷[12]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/rwxy/wuli/65.html
