大气中卤代醛演化相关问题的第一性原理研究

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我们利用第一性原理计算方法和过渡态理论,围绕“大气中卤代醛演化相关问题”研究了以下两个方面的问题:在CCSD(T)/aug-cc-pvtz//M06-2X/6-311++g(d,p)的方法下,我们对FCHO和ClCHO与HO2的大气反应进行了理论上的研究。计算结果表明该反应都分别经过3个反应通道进行,即氢原子转移与氧加成同时进行、单纯的自由基HO2加成和单纯的提氢。对于HO2与XCHO(X=F,Cl)反应中的氢原子转移加上氧加成通道,其能垒值分别为3.7和3.2 kcal/mol,与其它两个反应通道相比要低得多,我们认为这个通道在大气中是最主要的,而另外两个通道由于过高的能垒在大气中很难进行。同时,通过数据得出在大气中HO2+ClCHO要比HO2+FCHO更可行。除此之外,在298K的温度下,FCHO和ClCHO与HO2反应的主要通道的速率常数分别为1.85×10-17和3.80×10-17 cm3 molecule-1 s-1,这说明该反应在大气中的反应是很缓慢的。但这些数据在估计XCHO(X=F,Cl)的大气寿命方面具有潜在的意义。另外,通过使用CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-311++G(3df,3pd)的方法,我们也理论性地研究了在H2O,HCOOH和H2SO4做催化剂的情况下,OH提取FCHO上氢原子的反应。计算结果表明,没有加催化剂时的能垒为3.64kcal/mol,而加入催化剂的反应能垒分别降到了-2.89,-6.25和-7.76 kcal/mol。这充分说明了在FCHO+OH的提氢反应中,这些催化剂在降低能垒方面扮演着重要的角色。除此之外,通过利用具有籍隧道校正的传统过渡态理论计算的速率常数表明,进入通道X…FCHO+OH(X=H2O,HCOOH,H2SO4)明显比进入通道X…OH+FCHO更可行。而在H2O,HCOOH和H2SO4催化下的FCHO+OH反应的速率常数要比无催化的速率常数小,说明了这些催化剂在大气中没有促进该反应。
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