非对称笼间电子迁移异构体与电场诱导电子迁移

doi:10.3866/PKU.WHXB201207302

物理化学学报 >> 2012, Vol. 28 >> Issue (11): 2574-2580.doi: 10.3866/PKU.WHXB201207302

非对称笼间电子迁移异构体与电场诱导电子迁移

王银锋¹, 黄俭根¹, 周光培¹, 李志儒²

1 井冈山大学化学化工学院, 井冈山大学应用化学研究所, 江西省配位化学重点实验室,江西吉安 343009;
2 吉林大学理论化学研究所, 长春 130023

收稿日期:2012-06-08 修回日期:2012-07-30 发布日期:2012-10-17
通讯作者: 王银锋, 李志儒 E-mail:cyclont@yeah.net; lzr@jlu.edu.cn
基金资助:
江西省科技厅自然科学基金(20114BAB213007); 江西省教育厅自然科学基金(GJJ12486); 国家自然科学基金(21173098); 井冈山大学博士启动基金(JZ10045)及吉林大学理论计算化学国家重点实验室开放课题基金资助项目

Asymmetrical Inter-Cage Electron Transfer Electromers and Their Transfer Characteristics Under Electric Fields

WANG Yin-Feng¹, HUANG Jian-Gen¹, ZHOU Guang-Pei¹, LI Zhi-Ru²

1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Institute of Applied Chemistry, Jiangxi Province Key Laboratory of Coordination Chemistry, Jinggangshan University, Ji’an 343009, Jiangxi Province, P. R. China;
2 State Key Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry, Institute of Theoretical Chemistry, Jilin University, Changchun 130023, P. R. China

Received:2012-06-08 Revised:2012-07-30 Published:2012-10-17
Supported by:
The project was supported by the Science and Technology Project of Jiangxi Provincial Department of Science & Technology, China (20114BAB213007), Science and Technology Project of Jiangxi Provincial Department of Education (GJJ12486), National Natural Science Foundation of China (21173098), DrStart-up Fund Research of Jinggangshan University (JZ10045), China, and Foundation of State Key Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry of Jilin University, China.

摘要/Abstract

摘要：

基于密度泛函理论研究了非对称双笼型单分子溶剂化电子e^-@C₂₄F₂₂(NH)₂C₂₀F₁₈(1、2 和3), 进一步展示了我们提出的一种新型电子异构体——(非对称型的)笼间电子迁移异构体. 1、2 和3 具有显著不同的偶极矩. 由于都存在两个氧化还原中心, 它们属于一种非金属型的新型Robin-Day II-III 分子. 对于1 和3, 额外电子分别定域在C₂₄F₂₂和C₂₀F₁₈笼里(Robin-Day II); 对于2, 额外电子则离域于两个非对称的笼中(Robin-Day III). 值得注意的是, 在y 轴方向上外加-0.0004和-0.0008 a.u.的临界电场(E_c)时可分别使1 的额外电子从C₂₄F₂₂笼中部分和全部地迁移到C₂₀F₁₈笼中, 即实现从1 到2 再到3 的转化; 当E_c为0.0004 a.u.时, 3 的额外电子从C₂₀F₁₈笼中全部迁移到了C₂₄F₂₂笼中, 即3 未经过2 直接转化成了1.

关键词: 电场诱导, Robin-Day分子, 单分子溶剂化电子, 电子异构体, 不对称笼间电子迁移

Abstract:

The asymmetrical, double-cage-shaped, single molecular solvated electron compounds e^-@C₂₄F₂₂(NH)₂C₂₀F₁₈ (1, 2, and 3) were investigated based on density functional theory (DFT). This work revealed a novel species of electromer consisting of asymmetrical inter-cage electron-transfer isomers. These inter-cage electron-transfer isomers belong to a new form of Robin-Day class II-III molecules. 1 and 3 are Robin-Day class II, with the excess electron inside the C₂₄F₂₂ and C₂₀F₁₈ cages respectively, while 2 is class III with the excess electron inside both cages. These electromers were found to exhibit significantly different dipole moments. The application of external electric fields of -0.0004 or -0.0008 a.u. in the y-axis direction of 1 resulted in either partial or whole transfer of the excess electron from C₂₄F₂₂ to C₂₀F₁₈, allowing conversion from 1 to 2 or 3. An E_c value of 0.0004 a.u. was determined, indicating that the excess electron can wholly transfer from the C₂₀F₁₈ cage to C₂₄F₂₂, resulting in conversion from 3 to 1 without going through 2.

Key words: Electric field inducement, Robin-Day molecule, Single molecular solvated electron, Electromer, Asymmetrical inter-cage electron transfer

MSC2000:

O641

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王银锋, 黄俭根, 周光培, 李志儒. 非对称笼间电子迁移异构体与电场诱导电子迁移[J]. 物理化学学报, 2012, 28(11): 2574-2580.

WANG Yin-Feng, HUANG Jian-Gen, ZHOU Guang-Pei, LI Zhi-Ru. Asymmetrical Inter-Cage Electron Transfer Electromers and Their Transfer Characteristics Under Electric Fields[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2012, 28(11): 2574-2580.

参考文献

(1) Bally, T. Nat. Chem. 2010, 2, 165. doi: 10.1038/nchem.564
(2) Puschmann, H. F.; Harmer, J.; Stein, D.; Rüegger, H.; de Bruin,B.; Grützmacher, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49, 385.doi: 10.1002/anie.200903201
(3) Gütlich, P.; Dei, A. Angew. Chem. Int. Edit. 1997, 36, 2734.doi: 10.1002/(ISSN)1521-3773
(4) Chaudhuri, P.; Hess, M.; Hildenbrand, K.; Bill, E.;Weyhermüller,T.;Wieghardt, K. Inorg. Chem. 1999, 38, 2781. doi: 10.1021/ic990003g
(5) de Visser, S. P.; Ogliaro, F.; Harris, N.; Shaik, S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3037. doi: 10.1021/ja003544+
(6) Chen, D. L.; Tian,W. Q.; Feng, J. K.; Sun, C. C. J. Chem. Phys.2008, 128, 044318.
(7) Lu, X.; Chen, Z.; Thiel,W.; Schleyer, P. v. R.; Huang, R.;Zheng, L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14871. doi: 10.1021/ja046725a
(8) Wang, Y. Y.; Shi, Q.; Zhang, F. X.; Shi, Q. Z. Chin. J. Inorg. Chem. 1999, 15, 557. [王尧宇, 时茜, 张逢星, 史启祯.无机化学学报, 1999, 15, 557.]
(9) Robin, M. N.; Day, P. Adv. Inorg. Chem. Radiochem. 1967, 10,247.
(10) Shriver, D. F.; Atkins, P.W.; Langford, C. H. Inorganic. Chemistry; Higher Education Press: Beijing, 1997; pp 553-555;translated by Gao, Y. C., Shi, Q. Z., Li, P. R. [Shriver, D. F.;Atkins, P.W.; Langford, C. H. 无机化学. 高忆慈, 史启祯,李丙瑞, 译. 北京: 高等教育出版社, 1997: 553-555.]
(11) Demadis, K. D.; Hartshorn, C. M.; Meyer, T. J. Chem. Rev.2001, 101, 2655. doi: 10.1021/cr990413m
(12) Lambert, C.; Nöll, G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8434. doi: 10.1021/ja991264s
(13) Desfrançois, C.; Carles, S.; Schermann, J. P. Chem. Rev. 2000,100, 3943. doi: 10.1021/cr990061j
(14) Lee, H. M.; Lee, S.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 187.doi: 10.1063/1.1576757
(15) Li, Y.; Li, Z. R.;Wu, D.; Li, R. Y.; Hao, X. Y.; Sun, C. C.J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3145. doi: 10.1021/jp036808y
(16) Matsuishi, S.; Toda, Y.; Miyakawa, M.; Hayashi, K.; Kamiya,T.; Hirano, M.; Tanaka, I.; Hosono, H. Science 2003, 301, 626.doi: 10.1126/science.1083842
(17) Wang, Y. F.; Li, Z. R.;Wu, D.; Sun, C. C.; Gu, F. L. J. Comput. Chem. 2010, 31, 195. doi: 10.1002/jcc.v31:1
(18) Wang, Y. F.; Chen,W.; Yu, G. T.; Li, Z. R.;Wu, D.; Sun, C. C.J. Comput. Chem. 2010, 32, 2012.
(19) Wang, Y. F.; Li, Z. R.;Wu, D.; Li, Y.; Sun, C. C.; Gu, F. L.J. Phys. Chem. A 2010, 114, 11782. doi: 10.1021/jp1056557
(20) Wang, Y. F.; Li, Y.; Zhou, Z. J.; Li, Z. R.;Wu, D.; Huang, J.; Gu,F. L. ChemPhysChem 2012, 13, 756. doi: 10.1002/cphc.201100790
(21) Wang, X.; Ma, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 16134.
(22) Zhou, Z. J.; Li, X. P.; Liu, Z. B.; Li, Z. R.; Huang, X. R.; Sun,C. C. J. Phys. Chem. A 2010, 115, 1418.
(23) Jordan, K. D.; Luken,W. J. Chem. Phys. 1976, 64, 2760.doi: 10.1063/1.432599
(24) Skurski, P.; Gutowski, M.; Simons, J. Int. J. Quantum Chem.2000, 80, 1024. doi: 10.1002/(ISSN)1097-461X
(25) Rienstra-Kiracofe, J. C.; Tschumper, G. S.; Schaefer, H. F., III;Sreela, N.; Ellison, G. B. Chem. Rev. 2002, 102, 231. doi: 10.1021/cr990044u
(26) Pathak, A. K.; Mukherjee, T.; Maity, D. K. J. Chem. Phys. 2007,127, 044304. doi: 10.1063/1.2756535
(27) Khan, A. Chem. Phys. Lett. 2005, 401, 85. doi: 10.1016/j.cplett.2004.11.035
(28) Likura, H.; Tsuneda, T.; Yanai, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys.2001, 115, 3540. doi: 10.1063/1.1383587
(29) Zhang, L.; Yan, S.; Cukier, R. I.; Bu, Y. J. Phys. Chem. B 2008,112, 3767.
(30) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09,Revision A.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2009.
(31) Aihara, J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 7487. doi: 10.1021/jp990092i
(32) Simons, J. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6401. doi: 10.1021/jp711490b

[1]	尚念泽, 程熠, 敖申, 姑力米热, 李梦文, 王晓愚, 洪浩, 李泽晖, 张晓艳, 符汪洋, 刘开辉, 刘忠范. 基于石墨烯光子晶体光纤的流体传感器[J]. 物理化学学报, 2022, 38(12): 2108041 - .
[2]	何文倩, 邸亚, 姜南, 刘遵峰, 陈永胜. 石墨烯诱导水凝胶成核的高强韧人造蛛丝[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2204059 - .
[3]	彭景淞, 程群峰. 仿鲍鱼壳石墨烯多功能纳米复合材料[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2005006 - .
[4]	卢浩然, 魏雅清, 龙闰. 纳米孔缺陷导致单层黑磷电荷局域极大抑制非辐射电子-空穴复合的时域模拟[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2006064 - .
[5]	王磊, 孙毯毯, 闫娜娜, 刘晓娜, 马超, 徐舒涛, 郭鹏, 田鹏, 刘中民. 不同结构导向剂合成不同硅含量SAPO-34分子筛的酸性质[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2003046 - .
[6]	周蔚, 李运超, 范楼珍, 李晓宏. 硫黄素T与侧翼连接双链DNA的G-四链体高特异性作用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2004017 - .
[7]	刘苗苗, 王文娟, 郝秀萍, 董晓燕. Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 2002024 - .
[8]	梁涛, 王斌. 层间共价增强石墨烯材料的构筑、性能与应用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(1): 2011059 - .
[9]	林锦亮, 张雅敏, 张浩力. 单分子器件中的新颖静电场效应[J]. 物理化学学报, 2021, 37(12): 2005010 - .
[10]	荆子君, Khai Chen Tan, 何腾, 于洋, 裴启俊, 王金涛, Wu Hui, 陈萍. 吡咯锂的合成、表征及晶体结构[J]. 物理化学学报, 2021, 37(11): 2009039 - .
[11]	叶耀坤, 胡宗祥, 刘佳华, 林伟成, 陈涛文, 郑家新, 潘锋. 锂离子电池正极材料中的极化子现象理论计算研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(11): 2011003 - .
[12]	陈文琼, 关永吉, 张姣, 裴俊捷, 张晓萍, 邓友全. 外电场作用下离子液体振动光谱变化的分子动力学模拟研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 2001004 - .
[13]	吴智伟, 丁伟璐, 张雅琴, 王艳磊, 何宏艳. 咪唑类离子液体与酪氨酸相互作用及机理的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 2002021 - .
[14]	孙汉涛, 廖建辉, 侯士敏. 基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 1906027 - .
[15]	魏珍, 李敏杰, 陆文聪. 应用于染料敏化太阳能电池的基于染料R6的含有不同吸电子基团的有机染料的理论研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(10): 1905084 - .

非对称笼间电子迁移异构体与电场诱导电子迁移

Asymmetrical Inter-Cage Electron Transfer Electromers and Their Transfer Characteristics Under Electric Fields

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