分子中电子能量密度拓扑分析的新模型和新方法研究

分子中电子能量密度的分布及其特征能够从根本上揭示分子中的相互作用本质。本项目将发展基于电子能量密度拓扑特性的化学键分类和结构分析方法的新模型和新方法，实现分子中电子密度拉普拉斯量（Laplacian）和电子定域函数（ELF）Basin的各类能量（电子动能、势能等）的积分，建立各类能量密度及能量密度差的拓扑分析方法和能量密度分解方法，研究一些特殊化学键（∏键、氢键、锂键、卤键等）的相互作用本质以及IRC反应途径的电子能量密度拓扑特性，分析相互作用中的各类能量成分，结合电子密度拓扑分析和电子定域函数拓扑分析建立描述化学键特征和芳香性的拓扑指标以及反应过程中化学键的断裂和生成判定指标等。本研究将为物质结构、化学键研究提供新的理论模型和方法，促进我国在该领域的研究进入世界上的前沿。

本项目充分利用量子化学方法和分子中的原子理论开展了系列的研究工作，在化学反应机理研究方面，开展了水合自由基（O2•–(H2O)n、CO2•–(H2O)n、(H2O)n•–）氧化含硫化合物的性能、光系统II反应活性中心Mn4CaO5的电子结构、N3－与COCl2反应的微观机理研究以及大气化学中的一些重要化学反应的反应机理等方面的研究；在化学键的理论研究方面，开展了NaCl生长过程中的特殊化学键、水簇体系(及其离子)中的化学键、典型弱相互作用以及金属多重键的理论化学研究。研究得到了一系列有意义的结论，发现了一些新的规律，揭示了这些化学键的作用本质。项目执行过程中，在发表学术论文10篇，与中国科学院化学研究所、北京师范大学及德国基尔大学等国内外研究机构开展了互访交流，建立了长期合作关系。培养研究生7名，指导本科生20余名，指导大学生科技创新项目5项，并获得“全国挑战杯优秀指导教师”。在项目的支持下，培育了一支具有创新成果和创新能力的研究团队。