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1 计算化学简介及其发展1

1.1 计算化学简介1

1.1.1 科学发现的三大支柱2

1.1.2 计算的可信度3

1.1.3 计算化学的原则5

1.1.4 计算化学的目的5

1.1.5 严密科学的特征6

1.2 计算化学的产生、发展、现状和未来发展7

1.2.1 计算化学的产生7

1.2.2 计算化学的发展7

1.2.3 计算化学的现状8

1.2.4 计算化学的未来9

参考文献10

2 理论基础和计算方法12

2.1 分子体系的Schr？dinger方程12

2.2 从头算方法13

2.3 电子相关问题15

2.3.1 耦合簇理论15

2.3.2 组态相互作用16

2.3.3 微扰理论17

2.3.4 物理图像18

2.4 密度泛函理论（DFT）19

2.5 基组的选择21

2.6 计算方案及结果分析23

2.6.1 几何结构的优化23

2.6.2 振动频率的分析24

2.6.3 自然键轨道分析25

2.6.4 过渡态的寻找25

2.6.5 芳香性的分析26

2.7 半经验量子化学方法26

2.8 分子力学和分子动力学方法28

参考文献29

3 大气污染物控制研究中常用的计算化学软件32

3.1 基于从头算或第一性原理方法开发的计算软件32

3.1.1 Gaussian32

3.1.2 ADF36

3.1.3 Dalton39

3.1.4 VASP41

3.2 基于半经验或分子力学方法开发的计算软件42

3.2.1 MOPAC42

3.2.2 Amber44

3.2.3 NWChem46

3.2.4 HyperChem50

3.3 其他较流行计算软件52

3.3.1 Accelrys公司简介52

3.3.2 Materials Studio的优点52

3.3.3 Materials Studio模块53

参考文献54

4 计算化学在气态含硫化合物控制研究中的应用55

4.1 常见的气态含硫化合物简介及现状55

4.2 量子化学计算在二氧化硫控制研究中的应用57

4.2.1 二氧化硫与水反应机理的量化研究57

4.2.2 计算方法57

4.2.3 反应路径上的中间体、过渡态的确认57

4.2.4 反应路径及反应机理分析61

4.2.5 生成H2SO3（Ⅰ）（PⅠ）的反应通道62

4.2.6 生成H2SO3（Ⅱ）（P2）的反应通道64

4.2.7 产物PI和P2相互转化的反应通道65

4.2.8 结论66

4.3 量子化学计算在硫化氢控制研究中的应用67

4.4 量子化学计算在羰基硫控制研究中的应用72

4.4.1 计算说明72

4.4.2 C＝O通道72

4.4.3 C＝S通道74

4.4.4 两种反应通道比较76

4.5 量子化学计算在其他含硫化合物控制研究中的应用77

4.5.1 二甲基二硫醚热解析出机理的量子化学计算77

4.5.2 噻吩类模型化合物选择与基组选择80

4.5.3 HOSO+NO进行了理论研究89

4.6 本章小结92

参考文献94

5 计算化学在气态含氮化合物控制研究中的应用98

5.1 常见的气态含氮化合物简介及现状98

5.1.1 氮氧化物（NOx）98

5.1.2 NH3102

5.1.3 胺类化合物105

5.2 量子化学计算在NOx控制研究中的应用110

5.2.1 燃烧过程生成NOx机理110

5.2.2 NO与OH自由基反应机理115

5.2.3 NO与NCS自由基反应机理117

5.2.4 SCR的密度泛函理论研究124

5.3 量子化学计算在NH3控制研究中的应用128

5.3.1 活化氨气中的N—H键的理论研究128

5.3.2 Pt＋催化NH3反应的理论研究133

5.3.3 NH3与金属反应机理的研究142

5.4 量子化学计算在胺类控制研究中的应用144

5.4.1 N-乙基全氟磺醜胺与OH的氧化反应机理144

5.4.2 二甲胺与亚硝酸反应生成N,N-二甲基亚硝胺的理论研究149

5.4.3 N,N-二甲基乙酰胺与醇分子间相互作用的理论研究149

5.4.4 酰胺分子与高岭石相互作用的理论研究152

参考文献163

6 计算化学在气态含碳化合物控制研究中的应用166

6.1 常见的气态含碳化合物简介及现状166

6.1.1 CO的来源及研究现状166

6.1.2 CO2的来源及研究现状171

6.2 量子化学计算在CO控制研究中的应用179

6.2.1 量子化学计算在Au4催化CO氧化中的应用179

6.2.2 量子化学在负载Co（Cu）原子TiO2纳米管吸附CO中的应用187

6.2.3 量子化学在铂及其合金表面上一氧化碳氧化反应中的应用198

6.3 量子化学计算在CO2控制研究中的应用208

6.3.1 量子化学在γ-Al2O3催化转化CO2中的应用208

6.3.2 量子化学在（PNN）Ru（H）（CO）活化CO2中的应用225

6.3.3 量子化学在In2O3（110）表面CO2的吸附中的应用234

参考文献239

7 计算化学在其他大气污染物控制中的应用244

7.1 其他大气污染物简介及现状244

7.2 量子化学计算在气态含卤素化合物研究中的应用245

7.2.1 氟化物的研究245

7.2.2 氯化物的研究249

7.2.3 溴化物和碘化物的量子化学研究254

7.3 量子化学在气态含碳氢化合物研究中的应用290

7.3.1 饱和碳氢化合物291

7.3.2 不饱和碳氢化合物305

参考文献326