AP与HMX、RDX反应机理的理论研究及UA光致异构化反应的动力学模拟

论文摘要

本论文的内容分为两部分,第一部分重点讨论高氯酸铵（AP）与含能材料奥克托金（HMX）及黑索金（RDX）混合后的裂解机理；第二部分利用半经典的电子-辐射-离子动力学（Semiclassical electron-radiation-ion dynamics, SERID）方法实时模拟咪唑丙烯酸（UA）光致异构化的动力学过程。第一章概述了分子热力学和动力学的理论基础,包括计算方法简介、过渡态理论、频率计算和热力学校正、IRC理论、半经典的电子-辐射-离子动力学（SERID）模拟以及SERID方法程序的实现。第二章主要讨论了AP分解后的小分子产物OH及OH-对HMX裂解的影响。计算发现,β-HMIX与NH3、ClO3结合后其N-NO2键解离能与HMX相比均变化不大,但一旦复合物裂解有NO2生成,生成的N02极易与NH3发生反应,放出大量热,从而可引发HMX的后续裂解反应；NO2易与HMX骨架环上亚甲基（-CH2-）中的H作用,“置换”出H而引发HMX的热解,从而改变了HMX的初始分解通道；OH对HMX的N-NO2键解离影响不大,而OH-与β-HMX结合后其N-NO2键解离能比β-HMX降低近200 kJ-mol-1,表明OH-对其裂解有明显的促进作用。此外,我们还计算了常压、4 MPa及6 MPa高压下P-HMX与NH3、ClO3形成复合物的N-NO2键解离能,发现高压环境不改变这些小分子对HMX初始裂解的影响。第三章介绍了酸性条件对RDX三种裂解方式的影响。计算发现H+对RDX的开环有明显的促进作用；H+接近RDX中的N原子形成RDXHN后,更有利于断裂N02和HONO的消去,而接近RDX中的O原子形成RDXHO对于两者的进行没有明显影响。第四章利用一种半经典非绝热动力学模拟方法—半经典的电子-辐射-离子动力学（SERID）实时模拟咪唑丙烯酸（UA）光致异构化的动力学过程。模拟发现,给定不同的激光流量和光子能量,UA由反式转化为顺式的路径不同,各轨道存在的时间也有所不同。最后,我们在CASSCF/MRPT2水平上用4-31G基组构造了绝热态的势能剖面图,其中CASSCF采用GAMESS量子化学程序包完成,而MRPT2的计算则是采用我们小组自主研发的基于图形酉群理论和空穴粒子对应的XIAN-CI程序包完成的。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 理论基础
• 1.1 计算方法简介
• 1.1.1 四种方法的比较
• 1.1.2 过渡态理论
• 1.1.3 频率计算和热力学校正
• 1.1.4 IRC论
• 1.2 半经典的分子动力学
• 1.2.1 半经典的电子-辐射-离子动力学（SERID）模拟
• 1.2.2 SERID方法的程序实现
• 参考文献
• 第二章 AP影响HMX裂解机理的动力学研究
• 2.1 选题背景
• 2.2 计算方法的选取
• 2.3 HMX的几何优化构型
• 2.4 AP与HMX反应机理的理论研究
• 2.4.1 五种小分子与HMX的结合能
• 3对HMX的N-NO₂键裂解的影响'>2.4.2 NH₃对HMX的N-NO₂键裂解的影响
• 3对HMX的N-NO₂键裂解的影响'>2.4.3 ClO₃对HMX的N-NO₂键裂解的影响
• 2对HMX的N-NO₂键裂解的影响'>2.4.4 NO₂对HMX的N-NO₂键裂解的影响
• -对HMX的N-NO₂键裂解的影响'>2.4.5 OH及OH^-对HMX的N-NO₂键裂解的影响
• 2.4.6 高压的影响
• 2.5 小结
• 参考文献
• +影响RDX裂解机理的动力学研究'>第三章 H⁺影响RDX裂解机理的动力学研究
• 3.1 选题背景
• 3.2 RDX的几何优化构型
• +对RDX的N-NO₂键裂解的影响'>3.3 H⁺对RDX的N-NO₂键裂解的影响
• +对RDX的开环和HONO消去的影响'>3.4 H⁺对RDX的开环和HONO消去的影响
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 咪唑丙烯酸光致异构化反应的动力学模拟
• 4.1 选题背景
• 4.2 TRANS-UA和CIS-UA的几何优化构型
• 4.3 模拟UA光致异构化的作用机理
• 4.3.1 2.4eV激光能量作用下UA异构化过程
• 4.3.2 4.1eV激光能量作用下UA异构化过程
• 4.3.3 4.4eV激光能量作用下UA异构化过程
• 4.3.4 4.9eV激光能量作用下UA异构化过程
• 4.3.5 沿着模拟路径的势能剖面图
• 4.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 硕士在读期间的研究成果
• 致谢