羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性

张继超 程学礼 程玉桥 孟祥华 刘永军 刘成卜

引用本文: 张继超, 程学礼, 程玉桥, 孟祥华, 刘永军, 刘成卜. 羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(08): 1849-1853. doi: 10.3866/PKU.WHXB201206081 shu
Citation:  ZHANG Ji-Chao, CHENG Xue-Li, CHENG Yu-Qiao, MENG Xiang-Hua, LIU Yong-Jun, LIU Cheng-Bu. Selectivity of [2+2] C=O Cycloaddition and α-H Cleavage of Carbonyl Compounds on Si(100) Surface[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(08): 1849-1853. doi: 10.3866/PKU.WHXB201206081 shu

羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173129)资助项目 (21173129)

摘要:

最近研究表明: 丙酮能与半导体Si(100)表面发生[2+2]环加成和α-H 裂解反应形成相应的Si―C键或Si―O键, 在半导体材料的合成方面具有重要意义. 为进一步弄清不同羰基化合物在Si(100)表面的反应机理,本文应用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311++G(d,p)//6-31G(d)水平上较为系统地研究了一系列羰基化合物CH3COR (R=CH3, H, C2H5, C6H5)与Si(100)表面的反应. 研究结果表明: 不论是[2+2]环加成反应还是α-H 裂解反应都对应较低的反应势垒(小于25 kJ·mol-1); 环加成反应的势垒比α-H 裂解反应的势垒略高; 羰基上的取代基对反应势垒的影响较少; α-H裂解反应产物为动力学和热力学控制产物; 对丁酮来说, 1-位和3-位H原子的裂解反应都比较容易, 势垒相差很小. 这些结果表明羰基化合物与Si(100)表面的反应将得到多种产物.

English

    1. [1]

      (1) Barriocanal, J. A.; Doren, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123,7340. doi: 10.1021/ja010003r

      (1) Barriocanal, J. A.; Doren, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123,7340. doi: 10.1021/ja010003r

    2. [2]

      (2) Mui, C.;Wang, G. T.; Bent, S. F.; Musgrave, C. B. J. Chem. Phys. 2001, 114, 10170. doi: 10.1063/1.1370056(2) Mui, C.;Wang, G. T.; Bent, S. F.; Musgrave, C. B. J. Chem. Phys. 2001, 114, 10170. doi: 10.1063/1.1370056

    3. [3]

      (3) Wang, G. T.; Mui, C.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8990. doi: 10.1021/ja026330w(3) Wang, G. T.; Mui, C.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8990. doi: 10.1021/ja026330w

    4. [4]

      (4) Mui, C.; Han, J. H.;Wang, G. T.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F.J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4027. doi: 10.1021/ja0171512(4) Mui, C.; Han, J. H.;Wang, G. T.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F.J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4027. doi: 10.1021/ja0171512

    5. [5]

      (5) Hamai, C.; Takagi, A.; Taniguchi, M.; Matsumoto, T.; Kawai, T.Angew. Chem. Int. Edit. 2004, 43, 1349. doi: 10.1002/anie.200352074(5) Hamai, C.; Takagi, A.; Taniguchi, M.; Matsumoto, T.; Kawai, T.Angew. Chem. Int. Edit. 2004, 43, 1349. doi: 10.1002/anie.200352074

    6. [6]

      (6) Hwang, H. N.; Baik, J. Y.; An, K. S.; Lee, S. S.; Kim, Y.;Hwang, C. C.; Kim, B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8379. doi: 10.1021/jp0498769(6) Hwang, H. N.; Baik, J. Y.; An, K. S.; Lee, S. S.; Kim, Y.;Hwang, C. C.; Kim, B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8379. doi: 10.1021/jp0498769

    7. [7]

      (7) Lee, J. Y.; Choa, J. H. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8010. doi: 10.1063/1.1799953(7) Lee, J. Y.; Choa, J. H. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8010. doi: 10.1063/1.1799953

    8. [8]

      (8) Takeuchi, N.; Selloni, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11967.(8) Takeuchi, N.; Selloni, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11967.

    9. [9]

      (9) Schofield, S. R.; Saraireh, S. A.; Smith, P. V.; Radny, M.W.;King, B. V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11402. doi: 10.1021/ja0719069(9) Schofield, S. R.; Saraireh, S. A.; Smith, P. V.; Radny, M.W.;King, B. V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11402. doi: 10.1021/ja0719069

    10. [10]

      (10) Tang, H. H.; Cai, Y. H.; Ning, Y. S.; Lai, Y. H.; Xu, G. Q. Surf. Sci. 2007, 601, 3293. doi: 10.1016/j.susc.2007.05.018(10) Tang, H. H.; Cai, Y. H.; Ning, Y. S.; Lai, Y. H.; Xu, G. Q. Surf. Sci. 2007, 601, 3293. doi: 10.1016/j.susc.2007.05.018

    11. [11]

      (11) Hossain, M. Z.; Kato, H. S.; Kawai, M. J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 12304. doi: 10.1021/ja074464+(11) Hossain, M. Z.; Kato, H. S.; Kawai, M. J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 12304. doi: 10.1021/ja074464+

    12. [12]

      (12) Saraireh, S. A.; Smith, P. V.; Radny, M.W.; Schofield, S. R.;King, B. V. Surf. Sci. 2008, 602, 3484. doi: 10.1016/j.susc.2008.08.027(12) Saraireh, S. A.; Smith, P. V.; Radny, M.W.; Schofield, S. R.;King, B. V. Surf. Sci. 2008, 602, 3484. doi: 10.1016/j.susc.2008.08.027

    13. [13]

      (13) Carbone, M.; Cazzato, P.; Caminiti, R. Surf. Sci. 2009, 603, 611.doi: 10.1016/j.susc.2008.12.029(13) Carbone, M.; Cazzato, P.; Caminiti, R. Surf. Sci. 2009, 603, 611.doi: 10.1016/j.susc.2008.12.029

    14. [14]

      (14) Prayongpan, P.; Greenlief, C. M. Surf. Sci. 2009, 603, 1055. doi: 10.1016/j.susc.2009.02.025(14) Prayongpan, P.; Greenlief, C. M. Surf. Sci. 2009, 603, 1055. doi: 10.1016/j.susc.2009.02.025

    15. [15]

      (15) Ebrahimi, M.; Leung, K. T. Surf. Sci. 2009, 603, 1203. doi: 10.1016/j.susc.2009.03.005(15) Ebrahimi, M.; Leung, K. T. Surf. Sci. 2009, 603, 1203. doi: 10.1016/j.susc.2009.03.005

    16. [16]

      (16) Demirel, G. B.; Çakmak, M.; Çaykara, T. Surf. Sci. 2011, 605,1056.(16) Demirel, G. B.; Çakmak, M.; Çaykara, T. Surf. Sci. 2011, 605,1056.

    17. [17]

      (17) Czekala, P. T.; Lin, H.; Hofer,W. A.; Gulans, A. Surf. Sci. 2011,605, 1341.(17) Czekala, P. T.; Lin, H.; Hofer,W. A.; Gulans, A. Surf. Sci. 2011,605, 1341.

    18. [18]

      (18) Belcher, D. R.; Schofield, S. R.;Warschkow, O. Radny, M.W.;Smith, P. V. J. Chem. Phys. 2009, 131, 104707. doi: 10.1063/1.3224174(18) Belcher, D. R.; Schofield, S. R.;Warschkow, O. Radny, M.W.;Smith, P. V. J. Chem. Phys. 2009, 131, 104707. doi: 10.1063/1.3224174

    19. [19]

      (19) Wang, G. T.; Mui, C.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12559. doi: 10.1021/jp013058o(19) Wang, G. T.; Mui, C.; Musgrave, C. B.; Bent, S. F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12559. doi: 10.1021/jp013058o

    20. [20]

      (20) Saraireh, S. A.; Schofield, S. R.; Smith, P. V.; Radny, M.W.King, B. V. Surf. Sci. 2007, 601, 5757. doi: 10.1016/j.susc.2007.06.054(20) Saraireh, S. A.; Schofield, S. R.; Smith, P. V.; Radny, M.W.King, B. V. Surf. Sci. 2007, 601, 5757. doi: 10.1016/j.susc.2007.06.054

    21. [21]

      (21) Ferraz, A. C.; Miotto, R. Appl. Surf. Sci. 2004, 234, 185. doi: 10.1016/j.apsusc.2004.05.090(21) Ferraz, A. C.; Miotto, R. Appl. Surf. Sci. 2004, 234, 185. doi: 10.1016/j.apsusc.2004.05.090

    22. [22]

      (22) Lu, X.; Zhang, Q.; Lin, M. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001,3, 2156.(22) Lu, X.; Zhang, Q.; Lin, M. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001,3, 2156.

    23. [23]

      (23) Boukherroub, R.; Morin, S., Sharpe, P.;Wayner, D. D. M.Langmuir 2000, 16, 7429. doi: 10.1021/la991678z(23) Boukherroub, R.; Morin, S., Sharpe, P.;Wayner, D. D. M.Langmuir 2000, 16, 7429. doi: 10.1021/la991678z

    24. [24]

      (24) Pitters, J. L.; Dogel, I.; DiLabio, G. A.;Wolkow, R. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2159. doi: 10.1021/jp055153t(24) Pitters, J. L.; Dogel, I.; DiLabio, G. A.;Wolkow, R. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2159. doi: 10.1021/jp055153t

    25. [25]

      (25) Ardalan, P.; Dupont, G.; Musgrave, C. B. J. Phys. Chem. C2011, 115, 7477.(25) Ardalan, P.; Dupont, G.; Musgrave, C. B. J. Phys. Chem. C2011, 115, 7477.

    26. [26]

      (26) Tong, X.; DiLabio, G. A.; Clarkin, O. J.;Wolkow, R. A. Nano Lett. 2004, 4, 357. doi: 10.1021/nl035021g(26) Tong, X.; DiLabio, G. A.; Clarkin, O. J.;Wolkow, R. A. Nano Lett. 2004, 4, 357. doi: 10.1021/nl035021g

    27. [27]

      (27) Lee, C.; Yang,W.; Parr, G. Phys. Rev. B 1998, 37, 785.(27) Lee, C.; Yang,W.; Parr, G. Phys. Rev. B 1998, 37, 785.

    28. [28]

      (28) Kurnaz, E.; Fellah, M. F.; Onal, I. Microporous Mesoporous Mat. 2001, 138, 68.(28) Kurnaz, E.; Fellah, M. F.; Onal, I. Microporous Mesoporous Mat. 2001, 138, 68.

    29. [29]

      (29) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B. et al. Gaussian 03,Revision D.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.(29) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B. et al. Gaussian 03,Revision D.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.

    30. [30]

      (30) Qi, Y.; Chen, Z.; Li, P. Comput. Theor. Chem. 2011, 969, 61.doi: 10.1016/j.comptc.2011.05.013(30) Qi, Y.; Chen, Z.; Li, P. Comput. Theor. Chem. 2011, 969, 61.doi: 10.1016/j.comptc.2011.05.013

    31. [31]

      (31) Zhou, Z. J.; Huang, X. R.; Li, Q. Z.; Sun, C. C. Comput. Theor. Chem. 2011, 965, 22. doi: 10.1016/j.comptc.2011.01.016(31) Zhou, Z. J.; Huang, X. R.; Li, Q. Z.; Sun, C. C. Comput. Theor. Chem. 2011, 965, 22. doi: 10.1016/j.comptc.2011.01.016

    32. [32]

      (32) Tao, T. T.; Zhou, Z. J.; Yang,Y. H.; Liu, H. L.; Huang, X. R.;Sun, C. C. Comput. Theor. Chem. 2011, 965, 123.(32) Tao, T. T.; Zhou, Z. J.; Yang,Y. H.; Liu, H. L.; Huang, X. R.;Sun, C. C. Comput. Theor. Chem. 2011, 965, 123.

    33. [33]

      (33) Guo, X.W.; Teng, B. T.; Yuan, J. H.; Zhao, Y.; Zhao, Y.; Liu, S.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1068. [郭晓伟, 腾波涛, 袁金焕, 赵云, 赵越, 刘莎. 物理化学学报, 2011, 27, 1068.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20110438(33) Guo, X.W.; Teng, B. T.; Yuan, J. H.; Zhao, Y.; Zhao, Y.; Liu, S.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1068. [郭晓伟, 腾波涛, 袁金焕, 赵云, 赵越, 刘莎. 物理化学学报, 2011, 27, 1068.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20110438

    34. [34]

      (34) ng, L. F.;Wu, X. M.; Li,W.; Qi, C. S. Acta Phys. -Chim. Sin.2011, 27, 831. [龚良发, 吴新民, 李巍, 戚传松. 物理化学学报, 2011, 27, 831.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110412(34) ng, L. F.;Wu, X. M.; Li,W.; Qi, C. S. Acta Phys. -Chim. Sin.2011, 27, 831. [龚良发, 吴新民, 李巍, 戚传松. 物理化学学报, 2011, 27, 831.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110412

    35. [35]

      (35) nzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1990, 94, 5523.doi: 10.1021/j100377a021(35) nzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1990, 94, 5523.doi: 10.1021/j100377a021

    36. [36]

      (36) nzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1989, 90, 2154.doi: 10.1063/1.456010

      (36) nzalez, C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1989, 90, 2154.doi: 10.1063/1.456010

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  682
  • 文章访问数:  3053
  • HTML全文浏览量:  52
文章相关
  • 发布日期:  2012-07-10
  • 收稿日期:  2012-04-01
  • 网络出版日期:  2012-06-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章