一、拓扑矩阵计算量子化学参数的优越性(论文文献综述)
朱虹[1](2021)在《Fe、Hg化合物穆斯堡尔同质异能位移以及MnOH2+反应势能面的理论研究》文中研究指明精确二分量(exact two-component,X2C)方法是在过去十几年中迅速进步和发展而成为一种用于原子-分子层次相对论量子力学计算的一种简单、准确、高效的方法。本研究在有效接触密度的X2C相对论解析导数算法中引入局域近似,提高了计算效率并保证了结果的准确性。目前由我们开发的独立程序RelED已经实现了该算法。在RelED程序的帮助下,利用其它量子化学程序执行各种全电子标量相对论的密度泛函理论(Density functional theory,DFT)或高级从头算(ab initio)得到的分子正则轨道或自然轨道信息,就可以获得有效接触密度,用于穆斯堡尔谱同质异能位移的研究。利用X2C相对论解析导数算法,本文研究了一系列含铁化合物和HgFn(n=1,2,4和6)分子中金属原子的有效接触密度和穆斯堡尔同质异能位移。研究结果表明:(1)充分考虑静态电子关联可以显着改善某些含铁化合物中57Fe有效接触密度理论值与同质异能位移实验值的线性关系;(2)Hg Fn 系列分子中有效接触密度的非单调变化主要是由Hg原子5d轨道占据数减小降低了对6s电子的屏蔽导致的。除此之外,我们对过渡金属氧化物MnO+与H2分子的化学反应MnO+ +H2→H2O+Mn+构建了全维势能面(Potential energy surface,PES),并采用准经典轨线(Quasi-classical trajectory,QCT)方法深入研究了该反应的动力学特征。该反应PES通过置换不变多项式神经网络(Permutation invariant polynomial neural network,PIP-NN)方法拟合分布在整个相关构型空间中的大量(~34,000)从头算点构建,因此可以对反应路径上的驻点,鞍点和最小能量路径提供全局平衡的准确描述。在新构建的PES上我们发现了两个之前的报道没有提及的新的稳定点,并由动力学计算获得了与实验数据大小接近的化学反应速率,揭示了该反应在低温下的动力学特征。
姜乐涛[2](2021)在《选择性激光烧结用复合蜡粉制备及其分子间协同效应研究》文中提出选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,SLS)与熔模铸造技术相结合,能够实现薄壁、形状复杂零件的精密铸造,有着广阔的应用前景。目前SLS成型铸造熔模所用的高分子材料如聚苯乙烯、聚碳酸酯等在脱模时会产生有毒有害气体和烟尘,污染环境、危害人身健康。传统铸造蜡粉熔点低、烧结过程不易控制,翘曲变形严重。以聚乙烯蜡为基材开发SLS用熔模材料可有效解决上述问题。本研究从微观结构出发,借助量子化学密度泛函和从头算理论探讨复合蜡粉材料各组分分子间相互作用及其协同效应,揭示聚乙烯蜡为基材的SLS用熔模材料各组分间相容性的本质,进一步探索复合蜡粉成型件性能改善的原因,在此基础上开发可用于薄壁复杂铸件的SLS用复合蜡粉材料,并进行成型工艺研究。主要内容如下:(1)选择Mn+···coronene···CH4(Mn+=Li+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+)作为聚乙烯蜡/炭黑/十二烷基苯磺酸钠(PEW/C/SDBS)复合蜡粉的模型体系,采用B3LYP、M06-2X和MP2量子化学方法在6-311++G**基组水平上进行了相互作用及其协同效应的研究。结果表明,在三聚体Mn+···coronene···CH4中存在协同效应,强度遵循coronene···Li+>coronene···Na+>coronene···K+和coronene···Be2+>coronene···Mg2+>coronene···Ca2+的顺序。约化密度矩阵(RDG)和分子中的原子理论(AIM)分析揭示了Mn+···coronene···CH4协同效应的本质。由于协同效应,复合蜡粉分子间相互作用增强,体系结构发生变化,使材料相容性得到改善,减小了烧结过程中的应力应变,是成型件性能改善的微观机制。(2)为探索氧化石墨烯(GO)取代炭黑对材料相容性的影响,选择三聚体Na+···GO···CH4作为聚乙烯蜡/氧化石墨烯/十二烷基苯磺酸钠(PEW/GO/SDBS)复合蜡粉模型体系,在M06-2X/6-311++G(2d,p)和MP2/6-311++G(2d,p)水平上,对Na+···σ/π和氢键相互作用协同效应进行了理论研究。结果表明,Na+···GO···CH4体系中的相互作用和协同效应均大于Na+···coronene···CH4体系中的相互作用和协同效应。因此,当复合蜡粉中的炭黑被GO取代后,分子间相互作用和组分间的相容性进一步加强,使成型件性能得到进一步改善。(3)基于理论计算结果,分别配制聚乙烯蜡/炭黑/十二烷基本磺酸钠(PEW/C/SDBS)复合蜡粉和聚乙烯蜡/氧化石墨烯/十二烷基本磺酸钠(PEW/GO/SDBS)复合蜡粉,并进行性能测试和结构表征,对理论计算结果进行了验证。红外谱图结果(IR)显示形成三聚体后,PEW/C/SDBS三聚体C-H键伸缩振动明显加强,O-H键振动峰消失,C-OH弯曲振动发生明显蓝移,且在1104.9 cm–1处出现强峰,表明分子间相互作用加强,验证了协同效应的存在。PEW/GO/SDBS三聚体1104.9 cm–1处的峰与PEW/C/SDBS三聚体1109.5 cm–1处的峰相比较,峰值和面积都明显增强,表明用GO代替炭黑,各组分间分子间相互作用及协同效应更加显着。DSC分析发现两种复合材料的熔融峰缓且宽,有利于控制成型过程。与PEW/C/SDBS复合蜡粉相比,PEW/GO/SDBS复合蜡粉粘度增加、测试件弯曲强度和压缩强度均提高。表明PEW/GO/SDBS各组分间协同效应比PEW/C/SDBS各组分间协同效应更显着,这是GO的官能团和SDBS中的Na+以及聚乙烯蜡的C-H键相互作用的结果。(4)通过正交试验得到了PEW/C/SDBS和PEW/GO/SDBS两种复合蜡粉的最佳烧结工艺参数。在最佳烧结工艺参数下,烧结件的收缩率和翘曲变形得到了有效控制。与PEW/C/SDBS复合蜡粉相比,PEW/GO/SDBS复合蜡粉测试件翘曲变形率更低、弯曲强度和压缩强度增强。这些结果表明复合蜡粉组分间发生了明显协同效应,材料相容性得到了改善,应力应变减小;而且用GO代替炭黑,相容性进一步改善。(5)成型件浸蜡处理后,力学性能得到了大幅提升。复合蜡粉制作的蜡模可用蒸汽法脱除。得到的铸件结构完整、表面光滑、尺寸精度高。无损检测未发现内部有裂纹、气孔、夹杂等明显缺陷。表明复合蜡粉可用于薄壁复杂铸件的精密铸造,且不会对环境造成污染。本研究通过理论计算研究了材料各组分分子间的相互作用及其协同效应,从微观角度深层次的探讨了材料组分对性能影响的本质原因,开发了新型环保聚乙烯蜡复合材料,对于SLS成型铸造熔模组分的精选和工艺优化具有重要的理论和实践意义;该研究将计算材料科学与增材制造成型材料相结合,提供了一种增材制造新材料研发的新思路。
吴玮,郑培锟[3](2021)在《从头算价键理论的研究进展》文中指出作为现代化学键理论之一,价键理论为分子电子结构性质和化学反应机理提供了直观的化学图像理解.虽然当前分子轨道理论占据着量子电子结构研究的主导地位,但是随着计算机运算能力的迅速提升以及量子理论计算算法的日益完善,从头算价键理论重新引起了人们的重视.本文简要回顾了40年来从头算价键理论方法所取得的突破,着重阐述厦门大学化学键理论研究团队在这一领域取得的研究进展.首先介绍早期从头算价键理论方法的发展历史;然后讨论从头算价键理论中的计算方法,包括最基本的价键自洽场方法,在此基础上考虑动态电子相关的价键计算方法,以及溶液环境下的计算方法;最后简要介绍价键理论中的矩阵元计算方法以及国际上具有重要影响的从头算价键程序,并展望未来发展方向.
朱纯[4](2019)在《改性生物质焦吸附剂脱汞的机理研究》文中研究指明汞及其化合物是一类较难消除的有毒有害物质,不仅可在生态系统中进行长距离输运和循环,对环境产生持久性污染,而且具有不可逆的生物神经毒性,对人类健康产生潜在危害,引起全球日益广泛的关注。煤的燃烧是大气人为汞排放的主要来源,我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,同时也是《关于汞的水俣公约》首批签约国之一,因此在汞污染物的防治领域面临巨大挑战。从脱除效率、设备改造等方面综合考虑,吸附剂喷射技术是最具竞争力的燃煤烟气脱汞技术,其中最常用的吸附剂为活性炭,但其运行成本较高。研发价廉高效的新型脱汞吸附剂仍然是当前燃煤汞污染物控制领域的研究热点。本文利用可再生生物质资源,通过热解、活化和卤化铵盐改性制备具有高效脱汞性能的生物质焦基吸附剂。遵循从实验到理论、从宏观到微观的整体思路,深入研究生物质热解过程中焦炭结构的演化行为以及汞在生物质焦表面吸附的形态转化机制,定量评估生物质焦吸附剂在实际燃煤烟气条件下的喷射脱汞性能,运用先进材料表征技术和计算量子化学方法,揭示卤化铵盐改性提效机理,并构建汞在碳基吸附剂表面吸附的理论模型,以期对生物质焦基脱汞吸附剂和脱汞技术的发展提供重要的基础数据和工业应用参考。以稻壳、椰壳、杏壳等生物质为研究对象,基于热重分析探究生物质的热解成焦特性,并运用遗传算法建立生物质热解动力学分布活化能模型;结合元素分析、红外光谱、拉曼光谱、透射电子显微镜、氮吸附比表面积和孔隙度分析、扫描电子显微镜等表征方法,对生物质热解焦的表面官能团、微晶生长、孔隙分布等理化特性和演化过程进行了深度研究。通过固定床汞吸附实验,分析了热解温度对生物质焦脱汞性能的影响规律,并揭示了生物质焦脱汞性能与其理化特性之间的内在关联机制。以半纤维素、纤维素、木质素三种生物质单一组分模型化合物为参照,建立了单一组分模型化合物与天然生物质理化特性和热解演化行为的本构关系。生物质焦表面含氧官能团随热解温度升高而递减的变化趋势表明其对汞的吸附作用可能被高估。较高热解温度下逐渐生长的局部有序石墨微晶结构一方面提供了以边缘不饱和碳原子为特征的汞吸附活性位,另一方面由脱氧反应所形成的单/多重空穴缺陷也对汞在固相表面的吸附产生促进作用。具有较强吸附势的微孔结构对生物质热解焦的脱汞性能起主导作用,在600 ℃热解温度下各生物质焦的比表面积和微孔容积达到较高水平,起吸附扩散通道作用的中孔和大孔孔径则随热解温度升高而逐渐增大,从而有效降低浸渍过程活性组分和脱汞过程吸附质在颗粒内的传质阻力。木质素对生物质热解焦炭产率的贡献程度较高,而半纤维素则有利于生物质热解时在焦炭表面形成孔径更小的微孔结构。多峰分布活化能模型可更准确地描述和区分生物质热解过程中高分子裂解致挥发性产物生成、通过芳构化和缩合作用致焦炭生成等多种反应机制。由于生物质热解焦对汞的吸附脱除作用具有一定局限性,本文提出卤化铵盐化学浸渍改性和H3PO4/CO2活化的脱汞提效思路。在固定床装置上对改性生物质焦的脱汞特性展开系统的实验研究,并与多种商业活性炭进行对比。结合氮吸附比表面积和孔隙度分析、场发射扫描电镜、X射线能谱等表征技术,探究了物理孔隙结构和表面元素分布特性对改性前后生物质焦和活性炭脱汞性能的影响机制。使用汞在线分析设备和安大略湿化学法对改性生物质焦固定床汞吸附过程中吸附态汞Hgads、逸出的气相元素态汞Hg0(g)和气相氧化态汞Hg2+(g)进行定量分析,利用程序升温脱附对吸附态汞在改性生物质焦表面的吸附构型及热稳定性展开研究,结合X射线光电子能谱表征手段,建立了汞在吸附过程中的形态转化模型。经较低质量分数NH4Cl/NH4Br溶液浸渍改性后,生物质焦的脱汞性能得到显着提升,其汞吸附效率可在较长时间内维持8090%,与商业活性炭脱汞性能相当。H3PO4和CO2活化主要通过改善通道孔的孔隙结构以利于改性组分在颗粒深层担载,从而进一步提高汞的吸附效率。未改性样品对汞的脱除以物理吸附为主,超细微孔的缺乏显着限制其物理吸附能力,改性后样品对汞的脱除以化学吸附为主。在一定温度和O2浓度条件下,NH4Br改性生物质焦表面固化的吸附态汞达80%,逸出的Hg0(g)和Hg2+(g)则分别为10%左右。汞在O2作用下经HgO、HO-Hg-Br等中间产物在改性生物质焦表面形成稳定的HgBr吸附构型,逸出的Hg2+(g)主要由HgBr的歧化反应产生。降低吸附温度或减少O2浓度均可增加汞的吸附并降低逸出气相汞中Hg2+(g)的份额,O2浓度较高时,与汞的竞争吸附以及对表面溴分子的消耗可造成脱汞效率的降低。为进一步验证改性生物质焦在实际燃煤烟气环境中的脱汞性能,设计并搭建了小型循环流化床煤燃烧试验装置,并进行改性生物质焦烟气喷射脱汞的试验研究;基于安大略湿化学法建立和完善了烟气不同形态汞的采集、分析和评估机制;对烟气喷射脱汞的运行参数展开优化,同时考察了改性吸附剂对SO2、NO及有害痕量元素等多种污染物的协同脱除特性。NH4Br改性生物质焦烟气喷射脱汞效率达80%,与改性活性炭90%的脱汞效率相近;延长停留时间可显着提升吸附剂的喷射脱汞效率;两种吸附剂对SO2的脱除效率均为35%左右,改性生物质焦对NO的脱除效率约为改性活性炭的40%,体现了SO2和NO在碳基吸附剂表面的不同脱除机制。有害痕量元素在灰相中的分配特性以及在飞灰和吸附剂表面的富集特性主要受其赋存形态、热稳定性等因素的影响。吸附剂喷入后烟气中颗粒相表面富集的有害痕量元素含量提高了20%360%,半挥发性痕量元素的富集因子普遍高于非挥发性痕量元素。基于密度泛函理论,采用计算量子化学方法对所构建的碳簇分子模型和吸附体系进行几何结构优化和能量计算,并从电子结构的角度系统探究了汞在碳基吸附剂上的吸附机制。通过分子平面二维自旋布居分析对比了不同自旋多重度限制下电子自旋结构的差异性,通过电子定域化函数直观地展示了原子壳层结构、化学键、孤对电子等特征,通过静电场分析和范德华表面相互穿透距离对弱相互作用展开定量分析。结合分子轨道成分分析、键级分析和原子电荷分析,明确了汞与“锯齿”型碳边缘的共价键合作用以及与“扶手椅”型碳边缘的弱相互作用本质。首次构建了汞在碳簇模型上的多原子吸附路径,揭示了“σ空穴”的产生对汞的持续吸附具有促进作用。具有较强吸电子诱导效应的卤素原子通过改变其同环邻位碳原子周围的电子分布以提高该位点的脱汞活性。吸附能的显着提高与改性实现碳基吸附剂脱汞性能增效的实验现象相互印证。以碳正离子和氯自由基为中间产物,建立和完善了卤化物在碳基吸附剂表面对汞的氧化和吸附机制。基于微晶结构表征结果,合理构建了含缺陷和杂原子修饰的碳簇基体模型,并对汞吸附作用的影响机理进行了探索。
冯超[5](2019)在《分子键能的神经网络模型》文中研究说明化学反应对人们生活和社会进步有着非常重要的影响,人们通过研究化合物的化学反应,探究不同化合物的组成、结构、性质,来满足不同的应用需求。而化学反应,本质是旧化学键断裂和新化学键形成,键能数值成为研究反应的一个关键参数。然而,为了进行合理的化学反应预测分析,需要获得大量的相关化学键的键能数值。采用基于第一性原理的密度泛函理论计算键能数值需要占用大量的计算资源,而传统的键能数值回归方法结果的精确度不尽人意,如何高效精确地获得键能数值仍然是一个难题。近些年,随着计算机的计算能力的快速提升和机器学习方法的迅猛发展,神经网络的运用已经成为一种非常重要的研究手段。为此,我们利用TensorFlow作为工具,选取了包含8000组数据的有机分子数据集。通过随机森林算法,对描述符进行重要性分析。并根据筛选后的描述符,即化学键对应原子对的原子种类和原子电荷,成功训练得到了一个可以用于预测键能数值的神经网络。通过比较预测值与密度泛函理论的计算值,我们认为该神经网络能够成功预测分子键能数值。我们还采用了不同的原子电荷计算方法进行对比,发现了MK电荷计算方法在预测键能过程中的优势。此外,我们对该方法下获得键能数值的计算效率与传统方法进行了对比测试,发现该神经网络方法与密度泛函理论计算方法相比,则只需要后者三分之一的时间。故此,我们认为这一基于神经网络的新键能数值获取方法将可能为高通量化学反应预测和设计提供新的高效工具。
任佳骏[6](2019)在《复杂共轭体系中电子过程的密度矩阵重整化群理论研究》文中进行了进一步梳理有机共轭体系能够表现出丰富的电子过程,是构成有机发光器件、有机光伏器件、有机场效应晶体管的核心部分。所发生的微观过程,包括电荷的传输,激发态能量的转移和弛豫,光生激子的分离等,决定了其宏观性能。为了更好的解释实验现象,从理论化学的电子结构、量子动力学等角度去理解其中的微观机制是十分必要的。其存在的理论挑战在于在这些微观过程中,不仅存在电子-电子之间的关联,还存在电子-振动之间的关联,本质上是一个复杂的量子多体问题。密度矩阵重整化群(Density Matrix Renormalization Group,DMRG)理论正是从理论物理领域发展起来的处理强关联电子的数值方法,近些年在理论化学领域有了长足的发展。本论文将基于非含时的DMRG方法和含时的TD-DMRG(Time Dependent DMRG)方法发展适用于我们所关心的高分子分子内单态裂分、分子聚集体光谱等问题的计算方法并加以应用,取得的研究成果为:1.我们研究了给-受体型高分子PBTDO1这一种新型的分子内单态裂分体系中的的激发态电子结构,通过多种多体波函数的分析手段,确认了2Ag暗态的1TT态性质,提出2Ag暗态作为中间态参与单态裂分的机制,回答了长期以来对于2Ag态在单态裂分过程中作用的争论。2.发展了结合内部空间微扰理论的DMRG-is PT方法,可以在少牺牲精度的情况下,大大提高计算效率,适用于更大的活性空间。结合Pariser-Parr-Pople模型哈密顿量,我们研究了并苯体系的S0态和T1态的电子结构,计算结果表明即使对于长度为32个单元的并苯,也不会出现基态单三线态的交叉。3.在完整的矩阵乘积态/矩阵乘积算符(Matrix Product States/Operators,MPS/MPO)框架下,发展了适用于长程相互作用哈密顿量的TD-DMRG方法,可以在同一框架下进行波函数(零温)和密度矩阵(有限温)的高精度动力学演化。针对分子聚集体的激发态动力学问题,我们基于Frenkel-Holstein激子模型,利用该TD-DMRG计算方法,成功的计算了由2~18个分子组成的聚集体在零温和有限温下的吸收和发射光谱,通过与ML-MCTDH与n粒子近似方法对比,证明了该方法的精确性和可靠性。我们进一步发展了TD-DMRG和TD-Hartree结合的动力学方法,通过这种高低精度方法的结合,将强耦合的模式用DMRG处理,弱耦合的模式用Hartree处理,可以同时考虑所有振动模式的作用。实际计算证明,该方法可以在保证精度的同时更真实的描述凝聚相下的动力学行为,十分适用于多分子多模式的非微扰量子动力学问题。
李泽禹[7](2018)在《半纤维素热化学转化机理的分子模拟研究》文中指出随着化石燃料的大量利用,传统能源短缺和环境污染的问题日益严重,生物质资源在替代传统能源扮演着越来越重要的角色。作为独一无二的可再生碳资源,生物质大量存在于自然界中,可以通过热化学转化手段产生清洁能源和高附加值的化工产品。但仍然存在转化利用效率低、产物含氧量高等问题,因此我们需要对其转化过程有深入认识。半纤维素作为重要的生物质组成成分,相比于纤维素和木质素而言相关研究更少,因此为了更好地揭示半纤维素热解机理与热解产物分布,本研究采用量子力学密度泛函理论方法,对半纤维素初期热解过程中支链和主链的热解行为进行了理论研究,此外,在高温阶段半纤维素仍会发生二次热解,所以对半纤维素二次热解的机理进行了更加深入的研究,主要研究内容如下:(1)采用4-氧-甲基-葡萄糖醛酸基-木二糖作为模型化合物研究半纤维素初期热解的反应过程及反应机理,利用量子化学理论提出了六条半纤维素支链解聚的路径。研究发现,Path-2和Path-4分别是葡萄糖醛酸基和氧乙酰基热解反应的最优路径,且两条反应路径所需克服的能垒仅差0.3 kJ mol-1,因此这两个反应是半纤维素初期热解中平行竞争反应,从理论上说明了在半纤维素初期热解的过程中,氧乙酰基和葡萄糖醛酸基是同时断裂的。主链的解聚要比支链的热解难得多。(2)半纤维素二次热解反应主要为木聚糖的解聚过程及后续小分子油和气体生成过程,采用新的模型化合物木二糖来研究木聚糖热解的机理。提出了三类可能的初始反应,包括开环反应、断裂糖苷键的反应和脱水反应。其中木糖单元开环反应在起始阶段占主导地位;其次是β-1,4-糖苷键的断裂反应;相比而言,脱水反应最难发生。研究发现邻位的木糖单元会作为质子供体影响起始反应。(3)对于木二糖的二次热解,本文提出并分析了多个重要的反应,其中包括直接断键反应、Retro-Aldol反应以及Retro-Diels-Alder反应。研究结果表明:热解特征产物乙醛主要是通过Retro-Aldol反应得到的,相对应的反应路径Path-A2-1是最优反应路径;特征产物乙醛的形成可以通过4条反应路径实现,其中Path-A2-1是乙醛形成的最优反应路径,i1-10是乙醛形成的重要中间体。(4)深入探讨了重要化工平台化合物呋喃甲醛和羟丙酮的形成过程。呋喃甲醛的形成主要是通过C1-O键断裂,随后C2和C5两个原子成环得到;相比于呋喃甲醛,羟丙酮的形成更加困难,脱水反应是其形成的主要途径。
刘佳[8](2018)在《基于集成学习的非共价键相互作用校正模型研究》文中指出智能计算方法是一种模拟自然界和智能系统基本规律求解问题的方法,可以把复杂问题通过特定的模型简单化表示,被广泛应用于众多研究领域。本文使用智能计算方法建立集成学习模型,以校正非共价键相互作用的计算精度。非共价键相互作用是分子间一种复杂的弱相互作用,与许多物理化学现象密切相关,但却无法通过明确的公式进行计算。为了获得较精确的计算结果,节约计算成本,本文将机器学习方法与量子化学方法相结合,通过集成模型提高非共价键相互作用的计算精度。本文运用M062X、B3LYP、PBE、ωb97XD四种密度泛函理论方法配合6-31G*、6-31+G*、AUG-cc-pvdz、cc-pvdz四个基组在真空状态下对分子体系进行非共价键相互作用计算。一方面,通过建立回归集成模型校正密度泛函理论计算值来提高计算精度,校正后均方根误差显着减小,最佳结果为0.22千卡/摩尔。另一方面,以氢键、色散力、混合相互作用为主导建立分类集成模型,分类精度最高可达到98%,最低能够达到94%。所建集成模型均有良好拟合度,预测能力和稳定性均较强,能够有效校正非共价键相互作用的计算。另外,综合分类和回归的模型分析得到与非共价键相互作用的重要特征,其对非共价键的理论计算和实验研究均具有重要的意义。
李海燕,石安华,马平,罗万清[9](2017)在《高超声速非平衡流研究进展》文中认为由于连续流CFD(Computational Fluid Dynamics)和稀薄气体流动DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)方法的快速发展以及对其过渡依赖,使得人们在发展代表复杂化学物理现象的简单数学模型方面承受着巨大的压力,这导致了流动物理特性的正确模拟和理解方面发展的滞后。只是在最近一些年来,人们对基本的高超声速非平衡流模拟重新加深了认识,这为采用CFD和DSMC方法精确预测高超声速流动提出了实实在在的挑战。本文对新发展的物理模型和计算方法进行概括论述,包括高超声速非平衡流输运方程、DSMC方法、CFD方法、气体表面相互作用模型,以期望通过模型精度和算法方面的改善来改进今后用于飞行器设计的高超声速非平衡流计算方法。
聂召敏[10](2017)在《以三均三嗪基为基础的蓝色磷光OLED双极主体材料的理论研究》文中指出本论文主要目的是以三均三嗪为基础,设计出从理论上满足要求的蓝色磷光OLED双极主体材料,为以后蓝色磷光OLED双极主体材料的设计提供理论指导。我们首先以三均三嗪为吸电子基团,咔唑、二苯胺、三苯胺为给电子基团设计了12种主体分子,并对12种分子进行了主体性能的研究。基于分子的几何结构、三线态能、前线分子轨道能和重组能的考虑,非平面分子DTT-DPA-CBZ具有较高的三线态能,适合的HOMO和LUMO能级,相对偏小的重组能,通过不同官能团调节也将是非常理想的OLED磷光双极性主体材料,所以我们选择了以DTT-DPA-CBZ为基础进行更进一步的研究。然后我们以DTT-DPA-CBZ为基础在其咔唑上引入了11种给电子官能团和11种吸电子官能团对其进行修饰使其成为理想的双极主体材料,并研究了不同官能团对DTT-DPA-CBZ性质的影响。结果表明虽然给电子官能团的引入极大的增加了分子的三线态能却也增大了电子重组能的值降低了电子传输的速率,吸电子官能团的引入能够降低分子的HOMO能级,特别是CF3的引入使分子具有较高的三线态能,其HOMO和LUMO能级也满足客体材料、空穴传输材料和电子传输材料的要求,且有相对合理的电离能和电子亲和势,平衡的空穴传输和电子传输。接着我们以CF3为取代基研究了DTT-DPA-CBZ咔唑上不同位置、不同数量取代基对分子各种性能的影响。结果表明1,8,8’-、1,8,7’-、1,8,6’-、2,7,7’,2’-取代的衍生物都是理想的蓝色磷光OLED双极主体材料。最后我们预测了1,8,7’-、2,7,7’,2’-取代的衍生物的晶体结构计算了他们的电荷传输速率和迁移率,结果发现1,8,7’-取代衍生物在电荷传输速率和迁移率上是最理想的蓝色磷光OLED双极主体材料。
二、拓扑矩阵计算量子化学参数的优越性(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、拓扑矩阵计算量子化学参数的优越性(论文提纲范文)
(1)Fe、Hg化合物穆斯堡尔同质异能位移以及MnOH2+反应势能面的理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 穆斯堡尔效应与穆斯堡尔谱 |
1.2 接触密度与有效接触密度 |
1.3 相对论电子结构理论概述 |
1.4 接触密度理论研究中的问题 |
1.5 本论文的内容与结构 |
第二章 理论基础 |
2.1 电子结构理论 |
2.1.1 Hartree-Fock理论 |
2.1.2 电子关联与Post-HF方法 |
2.1.3 密度泛函理论 |
2.2 相对论效应 |
2.2.1 相对论效应 |
2.2.2 Dirac方程 |
2.2.3 早期的准相对论方法 |
2.3 精确二分量方法 |
2.3.1 X2C方法介绍 |
2.3.2 X2C一阶导数 |
2.4 穆斯堡尔同质异能位移与有效密度 |
2.4.1 同质异能位移 |
2.4.2 有效密度 |
第三章 Fe、Hg化合物穆斯堡尔同质异能位移研究 |
3.1 计算方法 |
3.1.1 有效接触密度计算程序 |
3.1.2 基组的选择与修正 |
3.1.3 计算方法和程序 |
3.2 计算结果 |
3.2.1 Hg、AuHg~+、HgF~+的测试结果 |
3.2.2 含Fe化合物的计算结果 |
3.2.3 HgF_n(n=1,2,4,6)计算结果 |
3.3 本章小结 |
第四章 MnO~++H_2基态反应势能面研究 |
4.1 引言 |
4.2 计算方法 |
4.2.1 电子结构计算 |
4.2.2 势能面构建 |
4.2.3 势能面拟合 |
4.2.4 动力学计算方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 反应路径图与驻点参数 |
4.3.2 拟合结果分析 |
4.3.3 反应动力学分析 |
4.4 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(2)选择性激光烧结用复合蜡粉制备及其分子间协同效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选择性激光烧结成型技术简介 |
1.1.1 选择性激光烧结成型技术原理及优势 |
1.1.2 选择性激光烧结技术应用现状 |
1.2 选择性激光烧结熔模铸造材料 |
1.2.1 选择性激光烧结熔模铸造材料的研究现状 |
1.2.2 选择性激光烧结熔模铸造材料辅助材料 |
1.3 炭黑和氧化石墨烯协同效应研究进展 |
1.4 量子化学在材料设计方面的应用 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 实验材料、设备与方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 实验设备 |
2.3 选择性激光烧结工艺实验 |
2.4 主要表征与性能测试方法 |
2.4.1 主要分析表征方法 |
2.4.2 材料性能测试方法 |
2.5 量子化学计算方法 |
2.5.1 Gaussian09 程序 |
2.5.2 密度泛函理论 |
2.5.3 分子中的原子理论(AIM) |
第3章 PEW/C/SDBS复合蜡粉协同效应研究 |
3.1 引言 |
3.2 模型选择与计算方法 |
3.2.1 M~(n+)···coronene···CH_4三聚体模型 |
3.2.2 计算方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 M~(n+)···coronene···CH_4复合物中的协同效应 |
3.3.2 AIM分析 |
3.3.3 RDG分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 PEW/GO/SDBS复合蜡粉协同效应研究 |
4.1 引言 |
4.2 模型选择与计算方法 |
4.2.1 Na~+···GO···CH_4三聚体模型 |
4.2.2 计算方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 二聚体结构与相互作用 |
4.3.2 Na~+···GO···CH_4复合物中的协同效应 |
4.3.3 AIM分析 |
4.3.4 RDG分析 |
4.3.5 GO···(CH_4)n(n=1~10)簇密度泛函活性理论分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 新型复合蜡粉制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 复合蜡粉制备 |
5.2.1 复合蜡粉配比试验 |
5.2.2 复合蜡粉烧结性能实验 |
5.3 复合蜡粉性能表征 |
5.3.1 复合蜡粉试件力学性能分析 |
5.3.2 微观组织形貌观察 |
5.3.3 复合蜡粉物理性能表征 |
5.4 本章小结 |
第6章 新型复合蜡粉工程化应用技术研究 |
6.1 引言 |
6.2 复合蜡粉SLS工艺优化 |
6.2.1 正交实验设计 |
6.2.2 实验结果 |
6.3 复合蜡粉成型件后处理工艺 |
6.4 复合蜡粉成型件熔模铸造工艺验证 |
6.4.1 蜡模处理 |
6.4.2 制壳工艺 |
6.4.3 脱蜡工艺 |
6.4.4 型壳焙烧 |
6.4.5 浇注工艺 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新之处 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(3)从头算价键理论的研究进展(论文提纲范文)
1 价键理论中的多电子波函数 |
2 价键理论计算方法 |
2.1 VBSCF方法 |
2.2 BOVB方法 |
2.3 VBCI方法 |
2.4 VBPT2方法 |
2.5 DFVB方法 |
2.6 溶液环境下的价键理论计算方法 |
3 价键理论方法中的矩阵元计算 |
4 从头算价键理论计算软件 |
5 总结与展望 |
(4)改性生物质焦吸附剂脱汞的机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 汞的性质与危害 |
1.1.2 燃煤汞污染现状 |
1.1.3 燃煤汞污染防治法规 |
1.1.4 生物质资源的利用 |
1.2 汞污染防治的国内外研究进展 |
1.2.1 汞的生物地球化学循环 |
1.2.2 煤中汞的分布和赋存状态 |
1.2.3 燃煤汞的迁移和转化 |
1.3 燃煤脱汞技术进展 |
1.3.1 煤炭提质协同脱汞技术 |
1.3.2 炉内添加剂脱汞技术 |
1.3.3 现有污染物控制装置协同脱汞技术 |
1.3.4 烟气调质脱汞技术 |
1.3.5 吸附剂脱汞技术 |
1.4 计算量子化学汞吸附物理化学机理研究进展 |
1.4.1 汞与金属/合金的相互作用 |
1.4.2 汞在金属氧化物表面的催化氧化 |
1.4.3 汞在碳基吸附剂表面的吸附 |
1.5 课题的研究目标及内容 |
1.5.1 研究目标 |
1.5.2 研究内容 |
1.6 本章小结 |
第二章 生物质热解焦的结构演化行为及其脱汞特性 |
2.1 引言 |
2.2 实验装置与表征方法 |
2.2.1 实验样品的制备 |
2.2.2 固定床汞吸附实验系统 |
2.2.3 吸附剂的表征分析 |
2.3 生物质的热解动力学 |
2.3.1 热重分析 |
2.3.2 生物质的组分解析 |
2.3.3 热解过程的动力学分析 |
2.4 生物质焦的结构演化特性 |
2.4.1 元素分析 |
2.4.2 表面官能团分析 |
2.4.3 微晶结构分析 |
2.4.4 孔隙结构分析 |
2.5 生物质焦的脱汞特性 |
2.6 本章小结 |
第三章 改性生物质焦固定床脱汞的实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验装置与方法 |
3.2.1 实验样品的制备 |
3.2.2 固定床实验系统 |
3.2.3 程序升温脱附实验系统 |
3.2.4 X射线光电子能谱分析 |
3.3 生物质焦与活性炭吸附剂的理化特性 |
3.3.1 粒径分析 |
3.3.2 孔隙结构分析 |
3.3.3 微观形貌及表面元素分析 |
3.4 生物质焦与活性炭吸附剂的脱汞特性 |
3.4.1 生物质热解焦改性前后的脱汞特性 |
3.4.2 生物质活化焦改性前后的脱汞特性 |
3.4.3 活性炭改性前后的脱汞特性 |
3.5 生物质焦与活性炭吸附剂的脱汞机理 |
3.5.1 孔隙结构作用机制 |
3.5.2 卤化铵盐改性机制 |
3.5.3 固定床汞吸附过程的机理分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 燃煤烟气改性生物质焦喷射脱汞的实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验装置与方法 |
4.2.1 燃煤流化床及吸附剂管道喷射脱汞装置 |
4.2.2 燃煤流化床的调试与运行 |
4.2.3 烟气汞取样和分析方法 |
4.2.4 实验工况及参数 |
4.3 实验结果与分析 |
4.3.1 煤质分析 |
4.3.2 燃烧特性 |
4.3.3 吸附剂烟气喷射脱汞特性 |
4.3.4 吸附剂烟气喷射协同脱硫脱硝特性 |
4.3.5 有害痕量元素在吸附剂和飞灰表面的富集特性 |
4.4 本章小结 |
第五章 碳基吸附剂脱汞的量子化学研究 |
5.1 引言 |
5.2 计算分析方法和碳基吸附剂模型构建 |
5.2.1 计算分析方法 |
5.2.2 碳基吸附剂模型的构建 |
5.3 汞在未改性碳基吸附剂表面的吸附 |
5.3.1 基态的选择 |
5.3.2 分子尺寸和边缘结构的影响 |
5.3.3 电子的定域性分析 |
5.3.4 分子轨道成分分析 |
5.3.5 弱相互作用分析 |
5.3.6 汞在碳表面的多原子吸附 |
5.4 汞在改性碳基吸附剂表面的吸附 |
5.4.1 电子诱导效应和空间位阻效应 |
5.4.2 氯化氢自由基氧化机制 |
5.4.3 表面吸附 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 主要创新点 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
攻读博士学位期间发表的学术成果 |
(5)分子键能的神经网络模型(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 键能的研究进展 |
1.2.1 简介 |
1.2.2 键能的获取方式 |
1.2.3 面临的难题 |
1.3 机器学习与深度学习简介 |
1.4 论文结构 |
第二章 理论方法简介 |
2.1 量子化学 |
2.1.1 从头计算方法(Ab initio quantum chemistry methods) |
2.1.2 半经验方法(Semi-empirical methods) |
2.1.3 密度泛函方法(Density functional theory,DFT) |
2.2 量化计算软件包 |
2.3 神经网络框架 |
第三章 基于神经网络的分子键能的研究 |
3.1 研究背景 |
3.2 密度泛函计算模型及方法 |
3.3 神经网络架构及方法 |
3.3.1 标准化(Normalization) |
3.3.2 过拟合(Overfitting)风险 |
3.3.3 模型构建 |
3.3.4 神经网络小结 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 传统回归方法的测试 |
3.4.2 数据集的随机性分析 |
3.4.3 特征选取 |
3.4.4 精度评估 |
3.4.5 效率评估 |
3.5 总结与展望 |
3.5.1 工作总结 |
3.5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(6)复杂共轭体系中电子过程的密度矩阵重整化群理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 复杂共轭体系中的电子过程及其理论挑战 |
1.2 电子结构和量子动力学方法简介 |
1.3 密度矩阵重整化群理论发展历史简介 |
第2章 密度矩阵重整化群及其含时理论 |
2.1 DMRG理论和矩阵乘积态 |
2.1.1 DMRG的传统语言描述 |
2.1.2 DMRG的矩阵乘积态描述和图形表示 |
2.1.3 DMRG方法的其他方面 |
2.2 TD-DMRG方法 |
2.2.1 适合一维短程相互作用的TEBD和 Adaptive TD-DMRG方法 |
2.2.2 适合长程相互作用的Time-Step Targeting方法 |
2.2.3 热力学性质的求解和密度矩阵的演化 |
第3章 高分子分子内单态裂分现象的研究 |
3.1 本章研究背景 |
3.2 PBTDO1分子的模型构建和计算方法 |
3.2.1 PPP模型及其参数拟合 |
3.2.2 对称性匹配的DMRG方法,计算精度以及M值的选择 |
3.3 结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
第4章 结合内部空间微扰的DMRG方法 |
4.1 本章研究背景 |
4.2 DMRG-is PT方法和算法实现 |
4.3 并苯体系电子结构的研究 |
4.3.1 一维并苯体系 |
4.3.2 [5,3]-二维并苯体系 |
4.4 本章小结 |
第5章 分子聚集体光谱的TD-DMRG计算方法 |
5.1 本章研究背景 |
5.2 基于Frenkel-Holstein模型的TD-DMRG方法和算法实现 |
5.2.1 Frenkel-Holstein模型的简单推导 |
5.2.2 基于MPS/MPO框架的针对长程相互作用的TD-DMRG方法 |
5.2.3 算法的技术细节 |
5.3 分子聚集体线性光谱的计算 |
5.3.1 J型聚集体PBI的线性光谱和动力学模拟 |
5.3.2 TD-DMRG和 n粒子近似的对比:四聚体模型体系 |
5.3.3 TD-DMRG和 n粒子近似的对比:H型 DSB分子聚集体的发射光谱 |
5.3.4 TD-DMRG方法的误差分析 |
5.4 TD-DMRG与 TD-Hartree结合的杂化方法 |
5.4.1 零温和有限温下的TDH运动方程 |
5.4.2 TD-DMRG/TDH杂化方法 |
5.4.3 PBI双分子的吸收光谱计算 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 矩阵的奇异值分解 |
附录 B 龙格-库塔法 |
B.1 RK4的稳定区域 |
B.2 变步长的Runge-Kutta-Fehlberg法 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(7)半纤维素热化学转化机理的分子模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 国内外能源利用现状 |
1.2 生物质能源概述 |
1.3 半纤维素热解研究利用综述 |
1.4 本文研究内容及创新之处 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 本文的创新之处 |
2 模型和方法 |
2.1 计算模型 |
2.1.1 基本计算原理 |
2.1.2 从头算法 |
2.1.3 半经验方法 |
2.1.4 密度泛函理论 |
3 半纤维素初期热解机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 计算细节 |
3.3 葡萄糖醛酸基热解 |
3.4 氧乙酰基热解 |
3.5 本章小结 |
4 木二糖热解机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 计算细节 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 起始反应 |
4.3.2 Retro-Aldol反应 |
4.3.3 烯醇异构反应 |
4.3.4 加氢还化反应和羟基的催化作用 |
4.3.5 环化脱水反应 |
4.3.6 IM2和IM3的开环反应 |
4.3.7 Retro-Diels-Alder反应 |
4.3.8 反应路径-F1 |
4.3.9 反应路径-F2 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 后续研究工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利目录 |
B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
(8)基于集成学习的非共价键相互作用校正模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文研究内容及结构 |
1.4 本章小结 |
第二章 非共价键相互作用 |
2.1 密度泛函理论 |
2.2 非共价键相互作用的计算 |
2.3 本章小结 |
第三章 模型与方法 |
3.1 数据集划分 |
3.1.1 Kennard-Stone算法 |
3.1.2 SPXY算法 |
3.2 特征选择 |
3.3 建立模型 |
3.3.1 集成学习 |
3.3.2 建立集成模型 |
3.4 模型评价准则 |
3.4.1 回归模型评价准则 |
3.4.2 分类模型评价准则 |
3.5 本章小结 |
第四章 实验结果与讨论 |
4.1 实验方案 |
4.2 数据集划分 |
4.3 遗传算法特征选择 |
4.4 模型实验结果与讨论 |
4.4.1 回归模型实验结果 |
4.4.2 分类模型实验结果 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 本文工作总结 |
5.2 未来工作展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
在学期间公开发表论文及着作情况 |
(10)以三均三嗪基为基础的蓝色磷光OLED双极主体材料的理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
英文缩略语 |
1 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 蓝色磷光主体材料 |
1.3 三均三嗪类化合物 |
1.4 选题意义 |
2 理论基础及计算方法 |
2.1 理论基础 |
2.1.1 量子化学理论 |
2.1.2 密度泛函理论 |
2.1.3 分子间的电荷转移理论 |
2.2 本文理论计算方法 |
3 结果与讨论 |
3.1 初始分子的设计和性质 |
3.2 官能团的影响 |
3.3 取代基位置的影响 |
3.4 晶体结构和传输性能 |
3.4.1 DTT-DPA-CBZ的 2,7,7',2'衍生物的晶体结构和传输性质 |
3.4.2 DTT-DPA-CBZ的 1,8,7'衍生物的晶体结构和传输性质 |
4 结论 |
致谢 |
参考文献 |
附件A 所有分子在基态和激发态的几何结构 |
附录B 初始主体分子的前线分子轨道分布图 |
附录C 正文中未列数据补充表 |
附录D 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
四、拓扑矩阵计算量子化学参数的优越性(论文参考文献)
- [1]Fe、Hg化合物穆斯堡尔同质异能位移以及MnOH2+反应势能面的理论研究[D]. 朱虹. 西北大学, 2021(12)
- [2]选择性激光烧结用复合蜡粉制备及其分子间协同效应研究[D]. 姜乐涛. 中北大学, 2021(01)
- [3]从头算价键理论的研究进展[J]. 吴玮,郑培锟. 厦门大学学报(自然科学版), 2021(02)
- [4]改性生物质焦吸附剂脱汞的机理研究[D]. 朱纯. 东南大学, 2019
- [5]分子键能的神经网络模型[D]. 冯超. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [6]复杂共轭体系中电子过程的密度矩阵重整化群理论研究[D]. 任佳骏. 清华大学, 2019(02)
- [7]半纤维素热化学转化机理的分子模拟研究[D]. 李泽禹. 重庆大学, 2018(04)
- [8]基于集成学习的非共价键相互作用校正模型研究[D]. 刘佳. 东北师范大学, 2018(01)
- [9]高超声速非平衡流研究进展[A]. 李海燕,石安华,马平,罗万清. 中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(B), 2017
- [10]以三均三嗪基为基础的蓝色磷光OLED双极主体材料的理论研究[D]. 聂召敏. 华南农业大学, 2017(08)