有机金属团簇中化学键性质及其催化活性的电子密度拓扑分析

有机金属簇合物由于具有特殊的氧化还原性能、电子迁移性能、导电性能、催化性能、光电性能和磁学性能而备受关注。本项目主要利用改进的电子密度拓扑分析理论方法研究金属簇合物中的化学键性质及其催化活性。通过建立适用于有机金属团簇体系的电子密度拓扑分析的新模型及相应的计算方法，探索有机金属团簇中金属-金属原子间成键及化学键分类的新定量指标；用改进的电子密度拓扑分析方法研究一些典型的双核和多核有机金属簇合物体系，讨论其特殊的物理化学性能与化学键性质间的关系，揭示金属-金属键在催化过程中的作用及其催化机理。这些研究成果将为改进金属簇合物的物理化学性能、提高催化活性、合成新型金属团簇和筛选高效催化剂提供新的理论方法。

有机金属簇合物由于具有特殊的氧化还原性能、电子迁移性能、导电性能、催化性能、光电性能和磁学性能而备受关注。本项目的研究改进了现有的电子密度拓扑分析程序，可以计算ELF和AIM共同确定的不同basin内的电荷密度和能量密度。推出了新版本GTA-2014程序。确定了适用于衡量金属-金属键强度和性质的电子密度拓扑指标：AIM理论的离域指数、电子定域函数理论(ELF)中的价basin中的布局数、能量密度、均方差和平均均方差等参数可以很好的描述化学键的强度和离域性质，均是描述化学键性质的重要指标。利用新的程序和指标对典型金属簇合物中的化学键性质和反应机理进行了研究。主要包括 (1) 双金属及多中心簇合物中的化学键性质研究：对主族金属(包括碱金属、碱土金属、13-15主族元素)簇合物及第一周期过渡金属簇合物中的金属-金属键(包括同核和异核)进行了研究。讨论了化学键的强度、性质以及金属芳香性等性质。研究发现主族金属形成的金属-金属键存在有非核吸引子(NNA)，而此类NNA在过渡金属形成的金属-金属键中不存在。并从理论角度对NNA的存在原因给出了解释；(2) 金属簇合物反应活性的理论研究：主要研究了第IVA(C, Si, Ge)双核簇合物与烯烃反应的反应活性。研究发现，虽然三个反应的反应机理相似，但Si炔和Ge炔的反应活性明显高于CH3C≡CCH3，说明随着周期数增加，同一主族的金属簇合物的反应活性增加。合成了三中心Ru簇合物，从理论上解释了其反应活性。(3)对含金属-金属键的几种具有储氢性能的晶体进行了研究，讨论其晶体结构及金属取代对此类化合物性能的影响。通过本项目的研究，为改进金属簇合物的物理化学性能、提高催化活性、合成新型金属团簇和筛选高效催化剂提供了新的理论依据。