量子化学(quantum chemistry)是理论化学的一个分支学科,是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基 础科学。从头算量子化学方法是基于量子化学的计算化学方法,是在给定原子核位置和电子数的情况下求解电子薛定谔方 程,并以获得如电子密度、能量和热力学量等有用的信息的重要方法。从头计算电子结构方法旨在计算多电子的函数,即 非相对论条件和玻恩-奥本海默近似下电子薛定谔方程的解。多电子函数通常是由多个简单电子函数的线性组合获得,主要 函数是Hartree-Fock函数。在单电子近似的条件下,仅使用一个电子函数来近似上述多个简单函数,然后将单电子函数展 开为有限基函数集的线性组合。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系;分子与分子之 间的相互作用;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
适合的研究方向包括但不限于:有机、无机、合成、小分子环境转化、团簇化学、均相催化、高分子等
可以计算的体系包括但不限于:小分子、团簇、低聚物、自由基、离子等
可以计算的内容包括但不限于:
1、分子性质预测,如静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、键级、电荷、极化率、电子亲和能、电离势、自旋密度、电子 转移等
2、化学反应机理,如稳态及过渡态结构确定、反应热、反应能垒、反应机理及反应动力学等
3、激发态反应,如激发态结构确定、激发能、跃迁偶极矩、荧光光谱、磷光光谱、势能面交叉研究等
4、弱相互作用,氢键、卤键、硫键、π-π堆积、盐桥、阳离子-π、疏水作用力等
5、光谱预测,红外、拉曼、紫外吸收、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱、旋光度等
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                        静电势
将单位正电荷从无穷远处移到分子周围空间某点处所做的功。
通常定义为:VA(k)=∫ DA(r1-Ra)/∣r1-rk∣dτ1,其中DA(r1-Ra)为体系A包括核电荷的一级电荷密度函数。在量子化学自洽场计算中,这两项分别相当于核电荷和电子对静电势的贡献。
静电势的计算比较复杂,对于特大分子,已经发展了一种电极矩展开近似法。静电势常用于生物分子、药物分子和其他大分子间相互作用的研究。¥ 0.00立即预约
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                        HOMO-LUMO
HOMO 与 LUMO 之间的能量差称为能带隙,有时可以用来衡量一个分子是否
容易被激发:带隙越小,分子越容易被激发。
在有机半导体和量子点中的HOMO与无机半导体中的价带类似,而 LUMO
则与导带类似。
当分子二聚或高聚时,两个分子的分子轨道之间的相互作用会引起 HOMO
与 LUMO 的分裂。当分子相互作用时,每一个能级分裂成彼此能量相距很小的
振动能级。当有足够的分子使得这种相互作用足够强烈时(如在高聚物中),这
些振动能级的差距变得很小,使得它们的能量几乎可以看成是连续的。这时我们
就不再叫它们能级了,而是改称能带。¥ 0.00立即预约
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                        反应机理
反应机理是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应,就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应,然后按照一定规律组合起来,从而达到阐述复杂反应的内在联系,以及总反应与基元反应内在联系之目的。机理详细描述了每一步转化的过程,包括过渡态的形成,键的断裂和生成,以及各步的相对速率大小等。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。¥ 0.00立即预约
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                        过渡态搜索
量子化学过渡态搜索是通过量子化学计算方法,研究化学反应过程中反应物转化为产物时必须经过的瞬时高能状态,即过渡态。过渡态在势能面上表现为鞍点结构,是连接反应物和产物的必经之路。
过渡态的基本概念和重要性
过渡态理论将化学反应视为势能面上的能量演化过程。在势能面的拓扑结构中,过渡态对应着一阶鞍点——沿着反应路径方向是能量极大值,而垂直于路径的方向均为极小值。这种特殊的几何特性使得过渡态成为连接反应物与产物的必经之路。¥ 0.00立即预约
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                        激发态
激发态是指原子、分子或离子等微观粒子吸收能量后,从基态跃迁到高能级的状态。
激发态是一种量子态的描述方式。一般来说,这些微观粒子都存在一系列的能量状态。其中最稳定的低能状态是基态,此时粒子处于最低能量状态。一旦这些粒子吸收足够的能量,它们就会跃迁至更高的能级状态,也就是所谓的激发态。在激发态下,粒子的电子会从一个轨道跃迁到另一个更高的轨道上。这种状态是不稳定的,粒子会通过释放光子等形式回到基态或其他较低能级的状态。这就是所谓的跃迁过程。¥ 0.00立即预约
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                        偶极矩
偶极矩(dipolemoment)是正、负电荷中心间的距离和电荷中心所带电量的乘积,它是一个矢量,方向规定为从正电中心指向负电中心,用符号μ表示,单位为D(德拜)。
偶极矩的数学表达式为μ=qd。根据讨论的对象不同,偶极矩可以指键偶极矩,也可以是分子偶极矩。分子偶极矩可由键偶极矩经矢量加法后得到。实验测得的偶极矩可以用来判断分子的空间构型。¥ 0.00立即预约
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                        福井函数
福井函数是由日本化学家福井谦一提出的一个理论工具,主要用于描述分子中各个原子部位的反应活性。它反映了分子在受到微扰时电子密度的变化,通常表示为 f(r),其中 r 表示空间中的某一点。福井函数的正值表示该点处电子密度易于增加,负值则表示电子密度易于减少。该函数在量子化学中具有重要的应用价值,尤其是在预测化学反应的位点方面。¥ 0.00立即预约
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                        IGMH
IGMH分析 (Independent Gradient Model Based on Hirshfeld Partition)是一种研究分子间弱相互作用(如氢键、卤键、π-π堆叠等)的分析方法,通过 Multiwfn 软件结合 VMD 程序实现可视化分析。 
核心原理
IGMH基于 Hirshfeld原子空间划分 理论,通过计算分子中不同区域的电荷分布差异来识别弱相互作用区域。与传统的 RDG (约化密度梯度)方法相比,IGMH能更灵活地定义分析范围,并生成直观的3D分子图和2D散点图,用于可视化展示分子间弱相互作用。 ¥ 0.00立即预约
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                        自旋密度
自旋密度是描述未配对电子在三维空间中分布情况的物理量,定义为Alpha电子密度与Beta电子密度的差值,广泛应用于量子化学和凝聚态物理学领域。¥ 0.00立即预约
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                        分子轨道
分子轨道 (MO),分子中的电子能级,用原子轨道线性组合。是可以通过相应的原子轨道线性组合而成。有几个原子轨道相组合,就形成几个分子轨道。在组合产生的分子轨道中,能量低于原子轨道的称为成键轨道;高于原子轨道的称为反键轨道;无对应的(能量相近,对称性匹配)的原子轨道直接生成的称为非键轨道。
分子轨道理论(Molecular Orbital,简称MO)最初是由Mulliken和Hund提出,经过Huckel(简单分子轨道理论,简称HMO),Roothaan(自洽场分子轨道理论),福井谦一(前线分子轨道理论,简称FMO),Woodward和Hoffmann(分子轨道对称守恒原理)等众多科学家的不断探索,形成了一套成熟的理论,与价键理论(VB)和配位场理论(LF)一样解决分子结构问题。¥ 0.00立即预约
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                        光谱
光谱(spectrum),是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色,譬如褐色和粉红色。
光波是由原子运动过程中的电子产生的电磁辐射。各种物质的原子内部电子的运动情况不同,所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光和吸收光的情况,有重要的理论和实际意义,已成为一门专门的学科——光谱学。分子的红外吸收光谱一般是研究分子的振动光谱与转动光谱的,其中分子振动光谱一直是主要的研究课题。¥ 0.00立即预约
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                        极化率
极化率是表征物质在外加电场作用下产生电极化能力的物理参数 。在经典理论中,电极化率χe与相对介电常数εr满足εr=1+χe的关系,直接影响电容器的电容特性。量子理论推导表明气体原子的电极化率与电磁场振荡频率存在函数关系。对于晶体材料,极化率呈现二阶张量形式,体现了各向异性特征 。2020年的研究通过改进Buckingham展开式计算模型,显著提升了二氧化碳等分子极化率的计算精度,验证了理论与实验结果的一致性。¥ 0.00立即预约
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                        拉曼光谱
拉曼光谱(Raman spectra),是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应,对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息,并应用于分子结构研究的一种分析方法。¥ 0.00立即预约
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                        量子化学
量子化学(quantum chemistry)是理论化学的一个分支学科,是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系;分子与分子之间的相互作用;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。¥ 0.00立即预约
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                        氢键
氢键(hydrogen bond)是一种非共价相互作用力,它通常发生在含有氢原子的分子与具有较强电负性的原子之间。在氢键中,氢原子与一个电负性较高的原子(如氧、氮或氟)形成极性共价键后,它的部分正电荷会吸引另一个分子中的电负性较高的原子,从而形成一个较弱的非共价相互作用力。换句话说,氢原子与若与电负性大、半径小的原子Y(O,F和N等)接近,在X与Y之间以氢为媒介,生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,称为氢键。(X与Y可以是同一种类分子,如水分子之间的氢键;也可以是不同种类分子,如一水合氨分子(NH3·H2O)之间的氢键)。¥ 0.00立即预约
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                        相互作用分析
相互作用分析(Interaction Analysis)是统计学和研究方法中用于检验两个或多个变量之间是否存在交互效应的重要技术。以下是关于相互作用分析的详细介绍:
基本概念
相互作用指的是一个自变量对因变量的影响取决于另一个自变量的水平。换句话说,两个变量共同作用时产生的效应不等于它们单独效应简单相加。¥ 0.00立即预约
 
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