前线轨道理论及其应用

什么是前线轨道理论前线轨道理论是一种分子轨道理论，由日本理论化学家福井谦一于1951年提出。

这一理论将分子周围分布的电子云根据能量细分为不同能级的分子轨道，认为有电子排布的能量最高的分子轨道（即最高占据轨道HOMO）和没有被电子占据的能量最低的分子轨道（即最低未占轨道LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键，其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响但是影响很小，可以暂时忽略。

HOMO和LUMO便是所谓前线轨道。

前线轨道理论研究分子在化学反应过程中的机理，认为分子中这种前线轨道类似于原子中的价轨道，对于分子的化学性质起决定性作用。

分子进行化学反应时，只和前线轨道有关，反应的条件和方式取决于前线轨道的对称性。

前线轨道理论提出后，首先被伍德沃德和霍夫曼用于对协同反应规律的解释，即分子轨道对称守恒原理中。

这一原理在解释双分子反应时认为，电子从一个分子的最高被占据轨道流向另一个分子的最低空轨道，使旧键断裂新键生成。

因此，最高被占据轨道和最低空轨道必须满足对称性匹配原则，才能产生净的有效重叠，否则过渡状态能量太高，反应不能进行。

同时相互作用的最高被占据轨道和最低空轨道应该满足能量相近原则，能量差不得大于6eV。

利用前线轨道理论，还可以很好地解释有机协同反应选律等。

例如，应用前线轨道理论可以很好地说明烯烃的亲电加成方向问题和碳基的亲核加成问题。

前线轨道理论认为烯烃的亲电加成中，烯烃的HOMO 和试剂的LUMO是起决定性作用的分子轨道。

作为亲电试剂的质子应加到烯烃HOMO系数最大的碳原子上。

当烯烃的双键碳上连有供电基时，供基电基具有的高能级的被占轨道，其能量与烯烃轨道能量相近，他们之间可发生相互作用，使究轨道发生极化。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。

前线轨道理论及其应用摘要：前线轨道理论是一种简化且有效的分子轨道理论。

它能成功地说明大量反应事实和规律。

本文综合了数篇文献的研究内容，介绍前线轨道理论及其应用情况。

关键词：前线轨道理论; 应用1.前言前线轨道理论是由福井谦一教授于五十年代初提出的一种化学理论，它以分子轨道理论为理论基础，但是没有超越实验化学家的经验和理论范围，以其简单、有效和化学概念明确的特点，赢得了众多科学工作者的关注。

本文综合了数篇文献的研究内容，将2.理论思想早在1952年福井[1]就在HMO理论的基础上提出了最高占据轨道(highest occupied MO)、最低空轨道(lowest unoccupied MO)的概念。

并称HOMO, LUMO 这两种特殊的分子轨道为“前线轨道”[2]。

考虑到在化学反应中原子的价电子起着关键作用，可以联想到，在分子的所有MO中，能量最高的HOMO上的电子最活泼最易失去;能量最低的LUMO最易接受电子。

因此，有理由认为在分子反应中，这些特殊的MO贡献最大，对反应起主导作用。

这一概念和观点，起初只引起了极少数人的注意。

但是福井等人却注意到了这一点，并且进行了深入的研究。

他们将“前线轨道及各种前线轨道间的相互作用”发展成为了解分子反应能力和预测反应机理的强有力的理沦方法—“前线轨道理论”，35年来前线轨道理论大致经过了七个重要发展阶段[3]。

前线电子密度基本概念的提出和研究；前线电子密度在共轭化合物中应用的研究；在饱和化合物中应用的研究；在立体选择反应中推广应用的研究；解释，说明化学反应中的HOMO-LUMO的相互作用；建立化学反应途径的极限反应坐标理论(简称IRC)；提出化学反应的相互作用前线轨道理论(简称IFO)。

今天，这一理论已成为讨论化学问题的必不可少的工具，对于人们的化学实践具有重要的指导意义。

3.前线轨道理论分子中的轨道根据电子填充情况不同可分为被占轨道，空轨道和半占轨道[4]。

前线轨道理论在化学中的应用前线轨道理论相信大家都很熟悉了，这是福井谦一的成名理论。

HOMO是最高占据轨道，可以给出电子，具有亲核性；LUMO是最低未占据轨道，可以接受电子，具有亲电性。

大部分的有机反应都可以用HOMO与LUMO的重叠来得到令人满意的解释但是一旦涉及到过渡金属，稀土金属，以及锕系金属时，因为涉及到d 轨道与f轨道，很少有人用前线轨道理论去解释反应性了，这其实是比较可惜的。

对于很多金属有机体系，其实前线轨道理论也能给出许多直观和令人满意的解释。

其中的精髓，就是下面这张图，需要重点阐述一下。

这画的是反键轨道，图左边是过渡金属，右边是主族元素；上面的图等值面小一点，下面的图等值面大一点，但其实都是同一个反键轨道。

下面这个等值面比较大的反键轨道看上去还是比较正常的，过渡金属的d轨道与旁边原子的p轨道相位是相反的，不重叠。

但是看上图这个等值面比较小的图，就能发现好玩的地方了。

因为过渡金属的d轨道比较“胖”，所以大家可以看到，尽管是在反键轨道中，但是d轨道因为足够胖，还是可以在外层和相邻原子的p轨道发生相同相位的重叠。

明白了这一点后，就可以开始解释许多有趣的实验现象了。

大部分例子都在论文中，这里仅举一例。

大家都知道，烯烃的[2+2]环加成反应是轨道对称性禁阻的，所以一般不能发生，福井谦一用他的前线轨道理论满意地解释了这一实验事实。

但是过渡金属参与的[2+2]环加成反应却可以顺利进行（烯烃复分解反应），这又是为什么呢？看下图一眼就能明白。

正是因为过渡金属Ru的d轨道足够大，于是和相邻C原子的p轨道发生重叠，LUMO构成了一个同相位重叠的区域，可以顺利地与另一分子烯烃的HOMO很好地交盖。

如果没有过渡金属，很显然两分子烯烃的LUMO与HOMO的相位是不匹配的，所以反应就不能发生了。

正是因为过渡金属的d轨道比较胖，相位也很特别，所以才展示出了与主族元素完全不同的反应性。

分子轨道理论的发展及其应用一、前言：分子轨道理论（MO理论）是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效的近似方法，是化学键理论的重要内容。

它与价键理论不同，后者着重于用原子轨道的重组杂化成键来理解化学，而前者则注重于分子轨道的认知，即认为分子中的电子围绕整个分子运动。

该理论注意了分子的整体性，因此较好地说明了多原子分子的结构。

目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。

分子轨道理论描写单电子行为的波函数称轨道（或轨函），所对应的单电子能量称能级。

对于任何分子，如果求得了它的系列分子轨道和能级，就可以像讨论原子结构那样讨论分子结构，并联系到分子性质的系统解释。

有时，即便根据用粗糙的计算方案所得到的部分近似分子轨道和能级，也能分析出很有用处的定性结果。

二、分子轨道理论产生，分子轨道的含义，常用的构成分子轨道的方法：1、分子轨道理论产生：1926一1932年,在讨论分子(特别是双原子分子)光谱时,Mulliken和Hund分别对分子中的电子状态进行分类,得出选择分子中电子量子数的规律,提出了分子轨道理论.分子轨道理论认为,电子是在整个分子中运动,而不是定域化的.他们还提出能级相关图和成键、反键轨道等重要概念.1931一1933年,Huckel提出了一种简单的分子轨道理论(HMO),用以讨论共扼分子的性质,相当成功,是分子轨道理论的重大进展。

1951年,Roohtaan在Hartree一Fock方程的基础上,把分子轨道写成原子轨道的线性组合,得到TRoothaan方程，1950年Boys用Gauss函数研究原子轨道,解决了多中心积分的问题.从Hartree一Fock一Roohtaan方程出发,应用Gauss函数,是今天广为应用的自洽场分子轨道理论的基础,在量子化学的研究中占有重要地位。

1952年,福井谦一提出了前线轨道理论,用以讨论分子的化学活性和分子间的相互作用等,可以解释许多实验结果.1965年,Woodward和Hoffmann提出了分子轨道对称守恒原理,发展成为讨论基元化学反应可能性的重要规则,已成功地用于指导某些复杂有机化合物的合成.上述各个年代提出的基本理论和方法,是分子轨道理论发展过程中的几个里程碑。

分子轨道理论的发展及其应用姓名：班级：学号：v分子轨道理论（Molecular Orbital ，简称MO ）最初是由Mulliken 和Hund 提出，经过Huckel （简单分子轨道理论，简称HMO）, Roothaan （自洽场分子轨道理论），福井谦一（前线分子轨道理论，简称FMO）, Woodward和Hofmann （分子轨道对称守恒原理）等众多科学家的不断探索，形成了一套成熟的理论，与价键理论（VB）和配位场理论（LF）—通解决分子结构问题。

分子轨道理论经过半个世纪的迅猛发展，已经成为当代化学键理论的主流。

如今多用于共轭分子的性质的研究，量子化学的研究，分子的化学活性和分子间的相互作用的研究，基元化学反应的研究，指导某些复杂有机化合物的合成。

1 分子轨道理论分子轨道理论的基本观点是把分子看做一个整体，其中电子不再从属于某一个原子而是在整个分子的势场范围内运动。

分子中每个垫子是在原子核与其他电子组成的平均势场中运动，其运动状态可用单电子波函数表示，称为分子轨道[1]。

1.1 分子轨道理论的产生1926-1932年，在讨论分子（特别是双原子分子）光谱是，Mulliken⑵和HuncP] 分别对分子中的电子状态进行分类，得出选择分子中电子量子数的规律，提出了分子轨道理论。

他们还提出能级相关图和成键、反键轨道等重要概念。

1931-1933年，Huckel提出了一种简单分子轨道理论（HMO）⑷，用以讨论共轭分子的性质，相当成功，是分子轨道理论的重大进展。

1951年，Roothaan在Hartree-Fock方程[5]⑹的基础上，把分子轨道写成原子轨道的线性组合，得到Roothaan方程⑺。

1950年，Boys用Gauss函数研究原子轨道，解决了多中心积分的问题，从Hartree-Fock-Roothaan方程出发，应用Gauss 函数，是今天广为应用的自洽场分子轨道理论的基础，在量子化学的研究中占有重要地位。

分子轨道理论的发展及其应用北京师范大学段天宇学号201111151097摘要：分子轨道理论是目前发展最成熟，应用最广泛的化学键理论之一。

本文简述了分子轨道理论的基本思想及发展历程，列举了其在配位化学、矿物学、气体吸附领域的应用实例，并对其前景作出展望。

0 前言化学键是化学学科领域中最为重要的概念之一。

通常，化学键被定义为存在于分子或晶体中或两个或多个原子间的，导致形成相对稳定的分子或晶体的强相互作用。

从二十世纪初期至今，科学家们为了解释化学键现象相继提出了价键理论、分子轨道理论、配位场理论等化学键理论。

其中分子轨道理论（Molecular Orbital Theory）具有容易计算、计算结果得到实验支持的优势，并不断得到完善与拓展，因而自二十世纪五十年代以来，已经逐渐确立了其主导地位[1]。

目前，作为相对最为成熟的化学键理论，分子轨道理论的应用已经涵盖了化学研究的几乎全部领域中。

1 分子轨道理论发展1926至1932年，Mulliken和Hund分别对分子中的电子状态进行分类，得出选择分子中电子量子数的规律，提出了分子轨道理论[2]-[3]。

分子轨道理论认为，电子是在整个分子中运动，而不是定域化的。

他们还提出了能级相关图和成键、反键轨道等重要概念。

1929年，Lennard-Jones提出原子轨道线性组合（Linear Combination of Atomic Orbitals）的理论[4]。

后来，原子轨道线性组合的思想被应用于分子轨道理论中，成为分子轨道理论的基本原理。

这一原理指出，原子轨道波函数通过线性组合，即各乘以某一系数相加得到分子轨道波函数。

这种组合要遵循三个基本原则，即：组合成分子轨道的原子轨道必须对称性匹配；组成分子轨道的原子轨道须能级相近；原子轨道达到最大程度重叠以降低组成分子轨道的能量。

其中，最重要的是对称性匹配原则，对称性相同的原子轨道组合成能量低于自身的成键分子轨道，对称性相反的原子轨道组合成高于自身的反键分子轨道。

环加成反应摘要：环加成反应在有机合成中有非常重要的应用，其基础理论前线轨道理论也是有机化学中非常重要的理论。

本文主要简介环加成反应和前线轨道理论，并对前线轨道在环加成反应中的应用做简要介绍。

关键词：环加成反应前线轨道理论 Diels-Alder反应环加成反应(Cycloaddition Reaction)是两个共轭体系结合成环状分子的一种双分子反应, 它是由两个或多个不饱和化合物(或同一化合物的不同部分)结合生成环状加合物，并伴随有系统总键级数减少的化学反应。

这类反应是合成单环及多环化合物的一种重要方法。

有关环加成反应最早是德国化学家Diels与其学生Alder等在1928年通过环戊二烯与顺丁烯二酸酐发生[4＋2]环加成实现的。

常见的环加成反应类型除[4＋2]外，还包括[3＋2], [2＋2＋2], [3＋2＋2], [4＋2＋2]等。

环加成反应的主要特点是可以将不饱和链状化合物直接转变成环状化合物，包括三元、四元到九元、十元环等,且原子利用率高。

在天然产物的全合成、药物化学等领域有着广泛的应用。

1、前线轨道理论简介前线轨道是由日本理论化学家福井谦一提出的，他指出化合物分子的许多性质主要出最高占据分子轨道相最低未占分子轨道所决定的。

凡是处于前线轨道的电子，可优先配对。

这对选择有机合成反应路线起决定性作用。

鉴于前线轨道理论对于有机化学发展的重要性，他获得了1981年的诺贝尔化学奖。

1.1 前线轨道的几个基本概念分子周围的电子云，根据能量的不同，可以分为不同的能级轨道，根据能量最低原理，电子优先排入能量低的轨道。

前线轨道理论中，将用HOMO表示；未占有电子的能量最低的轨道称之为最低占有轨道，用LUMO表示（如图1-1）。

有的共轭轨道中含有奇数个电子，它的最高已占有轨道只有一个电子，这种单电子占有的轨道称之为单占轨道，用SOMO表示。

在分子中，HOMO轨道对于电子的束缚最为薄弱，LUMO轨道对电子的吸引力最强，因而前线轨道认为，分子加发生化学反应，本质上就是HOMO轨道与LUMO轨道的相互作用，形成新的化学键的过程。

结构化学论⽂---分⼦轨道理论结构论⽂分⼦轨道理论的发展及其应⽤2011111510xxxx⼀、前⾔价建理论、分⼦轨道理论和配位场理论是三种重要的化学键理论。

三、四⼗年代，价键理论占主要的地位。

五⼗年代以来由于分⼦轨道理论容易计算且得到实验（光电能谱）的⽀持，取得了巨⼤的发展，逐渐占优势。

价建理论不但在理论化学上有重要的意义（下⽂中将详细介绍）。

在应⽤领域也有重要的发展，如分⼦轨道理论计算有机化合物的吸收光谱⽤于染料化学；前线分⼦轨道理论在选矿中的研究等等。

⼆、简介1、分⼦轨道理论产⽣和发展在分⼦轨道理论出现以前，价键理论着眼于成键原⼦间最外层轨道中未成对的电⼦在形成化学键时的贡献，能成功地解释了共价分⼦的空间构型，因⽽得到了⼴泛的应⽤。

但如能考虑成键原⼦的内层电⼦在成键时贡献，显然更符合成键的实际情况。

1932年，美国化学家 Mulliken RS和德国化学家HundF 提出了⼀种新的共价键理论——分⼦轨道理论（molecular orbital theory），即MO法。

该理论注意了分⼦的整体性，因此较好地说明了多原⼦分⼦的结构。

⽬前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。

以下是各个年代提出的关于分⼦轨道理论的⼀些重要理论和⽅法，是分⼦轨道理论发展过程中的⼏个⾥程碑！1926-1932年，在讨论分⼦光谱时，Mulliken和Hund提出了分⼦轨道理论。

认为：电⼦是在整个分⼦轨道中运动，不是定域化的。

他们还提出能级图、成键、反键轨道等重要的概念。

1931-1933年，Hukel提出了⼀种简单的分⼦轨道理论，⽤于讨论共轭分⼦的性质，相当成功。

1950年，Boys⽤Guass函数研究原⼦轨道，解决了多中⼼积分问题，是今天⼴为利⽤的⾃洽场分⼦轨道理论的基础，在量⼦化学的研究中占有重要地位。

1951年，Roothaan在Hartree-Fock⽅程的基础上，把分⼦轨道写成原⼦轨道的线性组合，得到Roothaan⽅程。

周环反应主要内容 一、引言二、周环反应的分类及理论解释 分类：1.电环化反应(electrocyclic reactions)2.环加成反应(cycloaddition reactions)3.σ-键迁移反应(sigmatropic rearrangement)理论解释：1.前线轨道理论2.分子轨道对称性守恒3.芳香过渡态理论三、总结 引言在本科学习过两类反应：离子反应：通过键的异裂而产生的C +、C -为中间体 自由基反应：通过键的均裂而产生的C ．为中间体 但是，有没有其它类型的反应呢？1912年 Claisen 重排等1928年 Diels-Alder 反应，研究相当深入，应用广泛+OOH但这类反应没有检测到反应中间体，不服从上述两种反应机理，不受溶剂极性影响，不被酸碱催化，也不受自由基引发剂或淬灭剂的影响,是一类很特殊的有机反应，一度认为是没有机理的反应，困惑化学界50多年（从1912年Claisen 反应起）。

1958年Vogel 报道了一个有趣的反应：而得不到更稳定的：或者不稳定的：1961年荷兰Leiden 大学Prof.Haringa 研究己三烯关环时，得到的是CH 3—、H —反式的关环产物。

该校Oosterhoff 教授认为，加热和光照所引起的化学反应的立体化学不同可能是由于受到其他因素（如共轭己三烯的轨道对称性）的影响，并进一步提出是受最高占据轨道和节点数控制的。

这一见解Haringa 作为脚注发表在四面体上。

这已经接近了分子轨道对称性守恒大门，可以说已经踏入了一只脚。

CO 2Me2Metrans-tranH CO 2MeHCO 2Me△120℃CO 2MeCO 2Mecis-trans与此同时，美国Woodward和Eschenmoser正领导全世界来自19个国家的100位科学家进行V12全合成工作，历时12年，于1972年宣告完成，轰动一时，是B有机合成的杰作，传为佳话。

《有机化合物的结构》前线轨道理论应用《有机化合物的结构：前线轨道理论应用》在有机化学的领域中，理解有机化合物的结构及其反应性是至关重要的。

前线轨道理论作为一种强有力的工具，为我们深入探究有机化合物的结构和反应机理提供了独特的视角和深刻的见解。

前线轨道理论的核心概念是前线轨道，即最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）。

这些轨道在化学反应中起着关键作用，因为它们决定了分子之间相互作用的方式和反应的可能性。

以乙烯为例，其分子轨道可以通过量子化学计算或简单的理论模型来描述。

乙烯的π键对应的轨道就是前线轨道的一部分。

当乙烯参与加成反应时，例如与氢气的加成，氢气分子的电子会与乙烯的前线轨道相互作用。

氢气分子的电子会填充到乙烯的 LUMO 中，从而形成新的化学键，使反应得以发生。

再来看苯这种具有特殊芳香性的有机化合物。

苯的分子轨道呈现出高度的对称性，其 HOMO 和 LUMO 的分布对于苯的化学性质有着重要影响。

在苯的亲电取代反应中，亲电试剂会进攻苯环的特定位置，这与苯的前线轨道的电子分布密切相关。

由于苯环的特殊结构和前线轨道的特征，使得亲电取代反应具有一定的选择性和规律性。

前线轨道理论在解释有机反应的选择性方面也表现出色。

比如在烯烃的亲电加成反应中，不同取代基的烯烃反应活性和选择性有所不同。

当烯烃分子中存在给电子基团时，会增加 HOMO 的能量，使其更容易与亲电试剂相互作用，从而提高反应活性。

相反，当存在吸电子基团时，会降低 HOMO 的能量，反应活性相对降低。

在共轭体系中，前线轨道理论的应用更加广泛。

例如，在 1,3-丁二烯的电环化反应中，通过分析前线轨道的对称性和相互作用，可以准确预测反应的立体选择性和产物的构型。

这种预测对于设计和控制有机合成反应具有重要的指导意义。

不仅如此，前线轨道理论还能帮助我们理解有机光化学过程。

在光激发下，分子中的电子会从 HOMO 跃迁到 LUMO，从而产生激发态。

前线分子轨道法及应用在结构化学课的第三章“分子轨道理论”中，我们循着大师们探索的步伐，学习他们的智慧所探索出的分子内部的奥秘。

小小的分子由分子核外部旋转不息的电子构成，像一个个微小的星系，构成了现实世界的点点滴滴。

它们之中有的相对稳定，有的却十分活泼，相对于恒星数以万亿年的生命周期也不过是一瞬罢了，但相对与人类自身来说，却是值得我们仔细探究的千变万化。

研究分子轨道理论，目的是为了发现它的电子排布规律并以此来判断物质的静态性质和化学反应发生合理方向和可控性。

日本理论化学家福井谦一在1951年提出的前线分子轨道理论能广泛地应用于许多反应机理，与美国的伍德沃德和霍夫曼在1965年提出的分子轨道对称性守恒原理结论基本一致，它在实践中的广泛应用证明了这个理论的可靠性，得到了广泛的认可，而福井谦一也获得了1981年的诺贝尔化学奖。

前线分子轨道理论概括起来有以下4个要点：1、基元反应时，起作用的是一个分子的最高被占分子轨道（HOMO）与另一分子的最低未被占分子轨道（LUMO），最高被占分子轨道和最低未被占分子轨道统称为前线分子轨道；2、一个分子的HOMO与另一个分子的LUMO对称性要匹配才能发生作用；3、相互作用的前线分子轨道能量要想近（<0.6ev）；4、在前线分子轨道中电子的转移要化学合理，即转移的结果要与旧键断裂、新键生成相适应。

前线分子轨道可以用来分析双分子化学反应进行的难易原因及反应所需的条件和反应的方式。

如前线分子轨道理论可以用来解释两个乙烯环加成环丁烷的反应条件及轨道叠加情况。

CH2=CH2+CH2=CH2→CH2-CH2CH2-CH2该反应在加热条件下反应很难进行，但在光照条件下可以进行。

如下图所示，加热条件下，乙烯的LOMO与另一分子的LUMO对称性不匹配，反应不能发生。

但当光照时，不分乙烯分子被激发，电子由∏轨道跃迁到对应的反键轨道上，使其变成LOMO，则与另一乙烯分子的LUMO对称性匹配，反应顺利进行。

分子前线轨道分布和能量1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下内容：概述部分旨在介绍读者对于分子前线轨道分布和能量的基本概念和背景知识。

本篇文章将着重讨论分子前线轨道分布和能量的相关性，并探讨它们在化学领域中的重要性。

分子前线轨道是指在分子结构中位于最高占据轨道和最低未占据轨道之间的一对轨道。

这些轨道在化学反应和分子间相互作用中起着关键作用。

分子前线轨道的分布可以通过计算化学方法进行模拟和分析。

在本文中，我们将讨论不同分子的前线轨道分布，并探讨它们对于分子性质和反应性的影响。

能量分布是指分子中不同电子轨道的能量分布情况。

电子轨道的能量分布决定了分子中电子的分布和行为。

在分子前线轨道中，能量分布对于分子的化学性质和反应机制具有重要影响。

我们将通过分析不同分子的能量分布来深入研究分子的性质和行为。

本篇文章的目的是通过分析分子前线轨道分布和能量分布来揭示它们之间的关联，并探讨它们对于分子性质和反应性的影响。

我们将通过实例和计算化学方法来支持我们的观点，并提供进一步研究的方向和意义。

通过阅读本文，读者将获得对分子前线轨道分布和能量的基本认识，并了解它们在化学研究中的重要性。

我们相信本文的内容将对于化学领域的研究人员和学生有所帮助，并促进分子结构和性质的理解和应用。

1.2 文章结构文章结构：文章主要分为引言、正文和结论三个部分。

1. 引言部分主要是对分子前线轨道分布和能量分布的研究进行了一个概括和介绍。

首先，明确了研究的背景和意义，指出了分子前线轨道分布和能量分布在化学和材料科学等领域的重要性。

其次，简要概述了该领域的研究现状和存在的问题。

最后，明确了本文的目的和文章的结构安排。

2. 正文部分分为两个小节，分别详细介绍了分子前线轨道分布和能量分布的相关内容。

2.1 分子前线轨道分布部分主要探讨了分子中前线轨道的分布特点和影响因素。

首先，介绍了分子前线轨道的概念和意义。

然后，解释了分子轨道的形成原理和分布规律。

成膜添加剂的前线轨道计算与修饰机理探究摘要：本文采用密度泛函理论研究了EC（碳酸乙烯酯）、PC（碳酸丙烯酯）、DMC（二甲基碳酸酯）和DEC（二乙基碳酸酯）溶剂与VC（碳酸亚乙烯酯）、VEC（碳酸乙烯亚乙酯）和FEC（氟代碳酸乙烯酯）成膜添加剂的最低未占据分子轨道（LUMO）及最高占据分子轨道（HOMO），结果显示，VC、VEC和FEC 的还原能力均比EC、PC、DMC和DEC强，可以在石墨电极表面优先成膜。

然后在1 mol/L LiPF6-EC：DMC电解液中分别加入VC、VEC与FEC；运用循环伏安法（CV）研究成膜添加剂在石墨电极表面的还原过程，最后根据相关文献报道、前线轨道理论与实验结果提出了更加完善的成膜添加剂的修饰机理。

关键词：前线轨道理论；溶剂；成膜添加剂；修饰机理；锂离子电池引言电解液的研究与开发对锂离子电池性能的研究与发展至关重要[1，2]。

当石墨电极在常用的1 mol/L LiPF6-EC：DMC电解液的极化过程中，EC会随着极化电位的降低被还原，形成SEI膜[3]（solid electrolyte interface）。

SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加；另一SEI膜的性质直接影响锂离子电池的性能。

在电解液中加入成膜添加剂可以在石墨电极表面优先成膜，减小了不可逆容量，同时可以形成更加优良的SEI膜。

VC（碳酸亚乙烯酯）是一种研究较为广泛的添加剂，可以在石墨电极表面优先成膜，形成稳定的SEI 膜[4-6]。

VEC（碳酸乙烯亚乙酯）也是一种优良的成膜添加剂，可以在石墨电极表面优先成膜，形成稳定的SEI膜[7]。

FEC（氟代碳酸乙烯酯）是一种较为新型的成膜添加剂，可以形成具有承受较高温度的SEI膜，提高了锂离子电池的热稳定性[8，9]。

VC与VEC两种成膜添加剂的修饰机理文献报道较少或者解释不全面，本文从前线轨道理论理论和实验的角度，再根据相关文献来提出并完善上述三种添加剂的成膜修饰机理。