密度泛函理论研究2,4-二硝基酚的还原

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摘要：采用循环伏安法（CV），方波伏安法（SWV）和原位紫外-可见光谱法研究了2,4-二硝基酚的电化学还原过程，采用密度泛函理论（DFT）（B3LYP/6-31 + + G（D）和B3LYP/6-31 + + G（d，p））预测2,4-二硝基苯酚的还原峰与实验值的一致。讨论了2,4-二硝基苯酚的还原机理。60800

毕业论文关键词：2，4-二硝基苯酚，电化学还原，循环伏安法，方波伏安法，密度泛函理论，光谱电化学。

Abstract：Electrochemical reduction process of 2, 4-dinitrophenol was investigated by cyclic voltammetry (CV), square-wave voltammetry (SWV) and in situ UV-vis spectroelectrochemistry. The reduction peaks for 2, 4-dinitrophenol predicted using density-functional theory (DFT) method (B3LYP) with 6-31++ g (d) and 6-31++ g (d, p) basis sets were consistent with the experimental values. The reduction mechanism of 2, 4-dinitrophenol was discussed.

Keywords: 2, 4-dinitrophenol, electrochemical reduction, CV, SWV, DFT, spectroelectrochemistry

1 前言 3

2 实验部分 3

2.1计算方法 3

2.2 试剂 3

2.3 电化学测定 3

2.4 电极的处理 3

3 结果与讨论 4

3.1 2,4-二硝基苯酚的CV及SWV 4

3.2 2,4-二硝基苯酚的几何构型 5

3.3 2,4-二硝基苯酚的HOMO和LUMO 7

3.4 2,4-二硝基苯酚的现场光谱及电子跃迁 8

3.5 2,4-二硝基苯酚的电位的理论计算 12

结论 15

参考文献 16

致谢 18

1 前言

硝基酚作为中间体，广泛用于生产增塑剂、染料、农药和炸药 [1–4]。硝基酚化合物大多数对生物体有毒，许多研究者对硝基酚的在环境中的降解途径有着相当大的兴趣， 2,4-二硝基酚和2，5-二硝基酚与2-甲基-4，6-二硝基苯酚的伏安行已有报道[ 5，6 ]。

研究表明密度泛函理论（DFT）是预测的分子有机化合物几何形状和性质的有力方法[7-10]。因此，本文选择密度泛函理论研究2,4-二硝基苯酚的还原机理，本文采用密度泛函理论（B3LYP）及6-31++ g (d) 和6-31++ g (d, p)基组和伏安法来研究2,4-二硝基酚的还原。

2 实验部分

2.1计算方法

所有计算采用Gaussian 03软件，采用DFT-B3LYP/6-31 + + G（d）和DFT-B3LYP/6-31 + + G（d，p）优化分子的几何构型,通过振动频率分析进行进一步检查优化的分子结构的合理性，在同一水平采用连续极化模型（PCM）在298.15K下计算出分子的溶剂化能。2，4-二硝基苯酚及其衍生物在水中的电子跃迁（单线态）采用TD-B3LYP/6-31++g (d, p)-PCM方法计算了。

2.2 试剂文献综述

2，4-二硝基苯酚是从Sigma公司获得的，通过加入1 M NaOH或HCl溶液调节含有0.10 M NaCl的0.10 M磷酸缓冲溶液（PBS）到所需的pH值（pH=7.00），水采用的是双蒸馏水。

2.3 电化学测定

所有电化学测定采用CHI660B电化学工作站（美国），2，4-二硝基苯酚的循环伏安（CV）采用三电极系统，3毫米直径玻碳电极（GCE）作为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参考电极，铂丝作为对电极量。方波伏安法（SWV）分析采用下列参数进行：0-1.0V之间的电位范围，频率为15 Hz，阶跃电位为4mV，振幅为25mV。光谱电化学检测采用10mm石英光谱电解池测定（上海辰华），铂网为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参考电极，铂丝作为对电极量。