基于亲电_亲核反应描述符的气体介质绝缘强度预测.pdf

第41卷第2 期2024年4月J.At.Mol.Phys.,2024,41:021007(10pp)基于亲电/亲核反应描述符的气体介质绝缘强度预测原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICSVol.41 No.2Apr.2024夏涵怡，杨扬帅，汪雪逸，张闹闹，刘关平，肖集雄（湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心，武汉430 0 6 8）摘要：研究分子微观参数与气体介质绝缘强度的关联，可为SF。替代气体筛选提供方向.本文基于密度泛函理论，采用M06-2X泛函与def2系列基组，计算了7 3种气体分子的亲电/亲核反应描述符，包括轨道能量参数、概念密度泛函理论的参数、不同电子概率密度等值面的静电势参数等；分析了各描述符与气体介质绝缘强度的相关性，以及描述符的独立性，最终提出了绝缘强度预测模型，最低空轨道能量、正负静电势表面积、静电势平均偏差、简缩局部亲电指数最小值与绝缘强度相关性较强，且彼此间相关性较低.预测模型在电子概率密度0.0 0 0 2 a.u.时精度最优，其可决系数R为0.8 0 9,均方误差MSE为0.0 96.关键词：绝缘强度；亲电反应；亲核反应；构效关系中图分类号：0 56 1.5Prediction on electrical strength of gaseous medium based onelectrophilic and nucleophilic reaction descriptors文献标识码：AD01:10.19855/j.1000-0364.2024.021007XIA Han-Yi,YANG Shuai,WANG Xue-Yi,ZHANG Nao-Nao,LIU Guan-Ping,XIAO Ji-Xiong(Hubei Engineering Research Center for Safety Monitoring of New Energy and Power Grid Equipment,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)Abstract:The relationship between molecular microscopic parameter and dielectric strength of gaseous mediumcan provide direction for screening the SF alternative gas.Based on the density functional theory,the M06-2Xfunctional and def2 basis sets are used to calculate the electrophilic/nucleophilic reaction descriptors of 73 gasmolecules,including orbital energy parameters,the parameters of conceptual density functional theory and elec-trostatic potential parameters on electron density isosurfaces.The correlation between the descriptors and the die-lectric strength is analyzed,and the dielectric strength prediction model is proposed.The lowest empty orbitalenergy,the positive and negative electrostatic potential surface area,the average deviation of the electrostatic po-tential and the minimum value of the condensed local electrophilic index have a strong correlation with the dielec-tric strength.The prediction model is optimal with a determination coefficient of 0.809 and a mean square errorof 0.096 at 0.0002 a.u.electron density isosurface.Key words:Dielectric strength;Electrophilic reaction;Nucleophilic reaction;Structure-activity relationship年1在国家碳达峰、碳中和的政策背景下，SF。1 引 言的使用将日益受限，驱需寻找SF。替代气体2.3SF.是一种优良的绝缘与灭弧气体，广泛应用绝缘强度是筛选SF。替代气体的重要指标，于高压电气设备中但SF.温室效应严重，其全球一般是通过试验对大量气体进行测试Katagiri变暖潜势值是CO2的2 52 0 0 倍，大气寿命长达32 0 0等4采用球球电极，研究了冲击电压下CF,I的击收稿日期：2 0 2 2-0 7-16基金项目：国家自然科学基金（52 0 0 7 0 53）；湖北省自然科学基金（2 0 19CFB144）作者简介：夏涵怡（1998 一），女，湖北黄冈人，硕士，主要从事气体绝缘强度构效关系的研究。E-mail：110 2 56 4435 q q.c o m通讯作者：杨帅.E-mail：y a n g s h u a i h b u t.e d u.c n021007-1第41卷穿性能。Devins5研究了准均匀电场下C,F。和C,F。等多种气体的击穿电压Nechmi等6 采用不同电极，分析了交流和冲击电压下i-C,F,CN/CO2的绝缘性能Lin 等7 研究了极不均匀场下c-C,Fs/N,的交流击穿特性通过试验可直接获取SF。替代气体的绝缘性能，但试验周期太长.为提高SF。替代气体筛选效率，已有学者基于定量构效关系（Quantitative structurea c t i v i t y r e-lationship，Q SA R)研究，通过量子化学计算方法探索气体介质分子微观参数与绝缘强度的关联.Olivet等8 通过半经验参数的量子化学计算方法，研究了电子亲和能、电离能与气体介质绝缘强度的关系Rabie 等9计算了亲和能、电离能和轨道能量、极化率等分子微观参数，并分析了其对气体介质绝缘强度的影响Zhang等10 建立了极化率、电子亲和能、偶极矩与气体介质绝缘强度的构效关系Lin等11和Chen等12 分别研究了电离能、极化率和电离能、分子电负性和分子直径对气体介质绝缘强度的影响以上研究中，主要分析气体分子整体的结构参数随着研究深人，部分学者开始考虑局部参数对绝缘强度的影响.Hou等13-15分析了范德华表面的分子静电势参数，并联合结构参数建立了相关模型Liu等16 和Zhang等17 分别讨论了电子定域化函数表面和不同电子概率密度表面的静电势参数对气体介质绝缘强度的影响.随着研究中分子微观描述符日益丰富，特别是静电势参数的应用，使得气体介质绝缘强度预测精度大幅提升分子表面静电势参数是亲电/亲核反应描述符的一种，广泛用于预测亲电/亲核反应位点18-2 0 1亲电反应是指某一体系中对电子具有亲和力的亲电基团，进攻另一体系的富电性区域引起的反应；而亲核反应是由体系中电子概率密度较高的亲核基团，进攻另一体系的贫电性区域引起的反应2 1。这与气体放电中的电离、吸附过程2 2 具有相似性，亲电/亲核反应位点与强度，可用亲电/亲核反应描述符进行预测。Charif 等2 3通过概念密度泛函理论中的亲电/亲核指数、局部和简缩的亲电/亲核指数，有效预测了分子的亲电/亲核反应位点Cao等2 4采用分子静电势、前线轨道理论中的最低未占据轨道成分、概念密度泛函理论中的简缩福井函数以及简缩双描述符等描述符，预测了芳香族化合物亲核加成、亲核取代和亲电反应的活性位点，取得较好结果考虑原子与分子物理学报到气体分子电离、吸附过程与亲电、亲核反应的相似性，本文分析了主要的亲电/亲核反应描述符与气体介质绝缘强度的相关性，并建立相应的绝缘强度预测模型，2亲电/亲核反应描述符计算2.1亲电/亲核反应的描述符分类1)静电势描述符静电势描述空间某一点的单位正电荷与当前体系的相互作用能，其表达式为ZA式中，Z是原子A的核电荷，R是原子A的核坐标，P是电子密度静电势由原子核电荷和电子概率密度两部分组成，离原子核越近，静电势总为正值，离核较远时，静电势可正可负图1为SF.静电势等值线图，越靠近原子核，静电势越大，即红色区域，蓝色实线为范德华表面（即电子概率密度为0.0 0 1 a.u.,1 a.u.=67488.33 nm-3).静电势是一个空间函数，一般分析其在某一分子表面上（例如范德华表面)的分布特征，用于预测亲电/亲核反应位点Politzer等提出的相互作用性质函数（General interaction properties func-tion，G IPF参数2 5，是目前应用比较广泛的静电势描述符，主要包括：分子总表面积A。、分子正静电势表面积A.、分子负静电势表面积A。、总平均静电势、正平均静电势V、负平均静电势V-、静电势平均偏差、电荷平衡度U、静电势极大值Vmx、静电势极小值V.min4.9506.004.503.001.500.00-1.50-3.00-4.50-6.00Fig.1 Contour map of SF,electrostatic potential2)前线分子轨道理论描述符021007-2第2 期(1)3.9502.9501.9500.950-0.050-6.00-3.00length unit:Bohr图1SF.静电势等值线图0.003.006.00第41卷福井谦一2 6 提出的前线轨道理论认为，化学反应是电荷和轨道相互作用的结果，电子的转移是由于反应物质前线轨道间的相互作用，即与最高占据轨道（Highest occupied molecular orbital,HOMO）和最低空轨道（Lowest unoccupied molecu-larorbital，LU M O）有关。气体分子体系中，HO-MO上的电子能量最高，所受束缚最小，容易发生电离，HOMO能用作亲电反应描述符；而LU-MO在所有未占轨道中，其轨道能量最低，最容易接受电子，LUMO能用作亲核反应描述符.3）概念密度泛函理论描述符概念密度泛函理论（Conceptual density func-tional theory，CD FT)最初是由Parr提出2 7，用来预测和解释物质的反应活性、反应位点等问题2 8,2 9CDFT相关参数主要包括全局指数、实空间函数、原子指数.全局指数有垂直电离能（Vertical ionizationpo-tential，VIP)Ev i p、垂直电子亲和能（Vertical elec-tron affinity，VEA）Ev EA、亲电指数、亲核指数NNu其中，亲电指数和亲核指数Nna的表达式为：W=(2)8(EvIp-EveA)NNu=EHoMo(Nu)-EHoMo(TCE)式中，TCE为四氰基乙烯，Nu为亲核基团.实空间函数主要为福井函数f(r），又可分为与亲核反应有关的f+（r）、与亲电反应有关的f（r）、与自由基反应有关的f（r).ft(r)=pN+1(r)-pn(r)f(r)=p(r)-pn-i(t)f(r)=f(r)+f(r)/2式中，P(r）、Pn-1（r)和pN+1（r)分别表示中性分子、该中性分子电离一个电子、以及该中性分子吸附一个电子时的电子概率密度.图2 为SF。的f*（r)等值线图，虚线（蓝色部分)代表吸附一个电子后，电子概率密度减小的区域；实线（红色部分）代表，电子概率密度增加的区域红色越深，表明该处（r)越大，越容易发生亲核反应，从而吸附电子。原子指数主要有简缩福井函数fA、简缩局部亲电指数A、简缩局部亲核指数NNu其中简缩福井函数是将福井函数收缩到原子上，这样每个原子都有一个确切数值，便于定量分析 和NA.表示每个原子上的亲电指数和亲核指数30 1,具体表达式如下：夏涵怡，等：基于亲电/亲核反应描述符的气体介质绝缘强度预测0.00length unit:Bohr图2 SF亲核福井函数等值线图Fig.2 Contour map of SF,nucleophilic Fukui functionNA.=NNuJA式中，与亲核反应相关，则与亲电反应相关.2.2计算方法本文基于密度泛函理论，计算分子微观参数.选用的泛函与基组决定了最终的计算精度，目前(Evip+EveA)2常用的泛函有明尼苏达系列泛函M06-2X和杂化泛函B3LYP，基组则是 Pople系列和 def2系列运(3)用较广31-34。本文采用Gausian 16软件3，在不同泛函与基组下，计算了40 种气体分子的极化率数据，并与实验值对比9（附录A1），两者的均方误差(Mean square error，M SE)如图3所示.同一泛函下，def2 系列基组 tzvp 和 tzvpd 的(4)计算精度均高于 Pople系列6-311G(d，p)和6-(5)311+G(d，p)，因此本文采用def2系列基组.(6)def2-tzvpd 是含有弥散函数的基组，def2t z v p则不带弥散对于极化率计算，带弥散函数的基组精度更高弥散函数是指数很小的基函数，可以延伸到非常广的空间区域，对于极化率、阴离子体系等，需使用def2-tzvpd 基组但弥散函数会使空轨道分布范围变得特别广，导致前线轨道理论不再适用，因此计算前线轨道理论描述符时，需采用 def2-tzvp 基组。采用 def2 系列基组时,两类泛函的计算精度区别不大，但通过M062X/def2tz v p d 的方法得出MSE最小（仅为0.197），且M06-2X泛函在计算有机、弱相互作用、电荷转移激发等问题上优于B3LYP，为此本文采用M06-2X泛函.因此，本文采用M06-2X泛函与 def2-tzvpd基组，对7 3种气体分子进行结构优化、频率分021007-3第2 期0.0026.004.503.001.500.00-1.50-3.00-4.50-6.000.0010.000-0.001-0.002-6.00-3.003.006.00(7)(8)s,max第41卷3.53.02.52.01.51.00.50.0def2-tzvp图3不同计算方法下分子极化率的均方误差Fig.3Mean square errors of molecular polarizabilityunder different calculation methods析、波函数稳定性校验，并输出分子轨道波函数.利用Multiwfn 软件进行波函数分析36，得到静电势描述符和CDFT描述符；基于稳定的分子结构，采用 M06-2X泛函和不带弥散函数的 def2-tzvp基组，计算前线轨道理论描述符7 3种气体分子的相对绝缘强度E,5.9.315.37（即在准均匀电场、0.1MPa气压下，气体介质工频击穿场强与SF.工频击穿场强的相对值，见附录表A2)与亲电/亲核反应描述符进行Pearson相关性分析，得到Pear-son相关性系数，其公式如下：Z1(x;-x)(y;-y)R=/ZH.(x,-)/.(y:-)式中，x和是两个变量的平均值.3亲电/亲核反应描述符与相对绝缘强度相关性分析3.1静电势参数本文计算了各气体分子在不同电子概率密度等值面上的GIPF参数，分为能量参数、面积参数、电荷平衡和分离度参数三类，与相对绝缘强度的关系分别如图4 6.能量参数中，分子表面静电势极值、负平均值与相对绝缘强度相关性较小，仅正平均值与相对绝缘强度有一定的负相关性。电子一分子的碰撞几率与碰撞截面相关，即受分子整体或局部区域影响，但静电势极值描述的是分子表面某点情况，并不能很好反映电子一分子碰撞过程，静电势是由原子核和核外电子共同作用的结果，电子概率密度增大到一定值时，分子表面不存在负静电原子与分子物理学报势随着电子概率密度增大，静电势正平均值与相M06-2X对绝缘强度的相关性系数先增大后减小，在电子概B3LYP率密度为0.0 0 0 1a.u0.001a.u.时达到最大，V越大，电子减小的势能越大，根据能量守恒定律，电子增加的动能越大，更容易造成气体分子电离.面积参数中分子总表面积A。、分子正静电势表面积A。*与相对绝缘强度显著相关，系数均大于0.6，而负静电势表面积A。与相对绝缘强度的相关性系数随着电子概率密度的变化先增大后减def2-tzvpd6-311G(d,p)6-311+G(d,p)Basis set(9)021007-4第2 期小，在电子概率密度为0.0 0 0 1a.u.0.001 a.u.时达到最大。三个参数均是电子概率密度等值面面积的一部分，其值越大，分子碰撞截面越大，气体绝缘性能越好.电荷平衡和分离度参数均与相对绝缘强度有一定负相关性，随电子概率密度的增加，其相关性系数均先增大后减小电荷平衡度的系数最大值在电子概率密度为0.0 0 0 0 0 1a.u.0.00001a.u.范围内，而电荷分离度II则在0.0 0 0 1a.u.0.001a.u.时达到最大与II 均表征的是电荷在电子概率密度等值面上的分布特征，反映了分子的局部极性，分子极性越大，分子越容易受外电场影响.0.20.0-0.2-0.4-0.6图4电子概率密度等值面上能量参数与相对绝缘强度相关性Fig.4Correlations between energy parameters and rel-ative dielectric strength at electron density iso-surfaces部分参数随电子概率密度的变化趋势类似，说明参数间存在相互联系为此本文分析了几个主要参数间的关系，如图7、8 所示从相关性系数来看，A与A*基本不相关，但A、A+与A,存在强相关当电子概率密度小于0.0 0 0 1a.u.时，A。与A.的相关性较强，而当电子概率密度增大到0.0 0 0 5a.u.后，A。*与A.的相关性系数较强分子正静电势表面积和分子负静电势表面积10-7106Electrondensity/a.u.10-510410-310-2Asand At第41卷0.80.60.40.20.0-0.2图5电子概率密度等值面上面积参数与相对绝缘强度相关性Fig.5Correlations between area parameters and rela-tive dielectric strength at electron density iso-surfaces-0.4-0.3-0.2-0.10.00.1图6电子概率密度等值面上电荷平衡度、表征电荷分离度与相对绝缘强度相关性Fig,6 Correlations between v,II and relative dielec-tric strength at electron density isosurfaces均为分子表面积的一部分，两者之和近似等于分子总表面积。面积参数之间联系较强，因此对于绝缘强度预测，主要考虑正负静电势表面积的影响A、A+与电荷分离度II 基本不相关，但V+与II 的相关性系数在0.9以上，II为静电势平均偏差，其变化侧面反映了分子静电势正平均值的变化由于I 与V+联系较强，在绝缘强度预测中，可只考虑I 的影响.3.2轨道能量参数最高占据轨道能量参数EHoMO、最低非占据轨道能量参数ELuMo与相对绝缘强度的相关性系数分别为0.0 2 3、-0.445，仅EuMo与E,具有一定的负相关性，ELuMo越小，该轨道更易被自由电子占据，即分子更易吸附电子，气体的绝缘性能越强因此，将EuMo作为绝缘强度预测模型参量，夏涵怡，等：基于亲电/亲核反应描述符的气体介质绝缘强度预测A$AsAs10-710%Electrondensity/a.u.10-7106Electron density/a.u.第2 期1.00.80.60.40.20.010510-410-510-4AsandAsAs and As10-310-210-310-210-7图7电子概率密度等值面上面积参数之间相关性Fig.7Correlations between area parameters at elec-tron density isosurfaces1.20.90.60.30.0-0.3-0.6图8电子概率密度等值面上静电势正平均值V、正负静电势表面积A.*、A 与II相关性Fig.8Correlations between V*,A,*,A,and II at e-lectron density isosurfaces3.3CDFT 参数CDFT参数中的全局、原子指数与相对绝缘强度的相关性系数如图9、10，全局指数中仅垂直电子亲和能EvEA与相对绝缘强度有一定正相关性。EvEA表征中性分子吸附一个电子后释放的能量大小，其值越大，分子吸附电子的能力越强，气体绝缘性能越好但EvEA与ELuMo的相关性系数达到-0.7 98，根据Koopmans定理，可知EvEA-Eu M o，因此在绝缘强度预测中，只需考虑最低非占据轨道能量参数ELMO原子指数中，简缩局部亲核指数最大值NA与相对绝缘强度E,有较高的正相关性；而简缩福井函数亲电最小值in、简缩福井函数亲核最小值fin、简缩局部亲电指数最小值m与E,有较高的负相关性表1为原子指数这类参数间相关性分析，wm、Nx、i n、f 这四个参数彼此间具有021007-5106Electron density/a.u.t and I1-Ajand:1-At andI10-710%Electron density/a.u.10-510-510-410-410-310-310-210-2第41卷0.40.20.0-0.2图9全局指数与相对绝缘强度相关性系数Fig.9Correlations between global index and relativedielectric strength0.40.20.0-0.2-0.4-0.6图10原子指数与相对绝缘强度相关性系数Fig.10Correlations between atomic index and rela-tive dielectric strength较强相关性，由公式(7）、（8)可知，简缩局部亲电、亲核指数的变化可反映简缩福井函数的变化.为此，对于绝缘强度预测，只考虑与E,相关性系数最高的简缩局部亲电指数最小值这一参数.表1原子指数之间的相关性系数Table 1Correlation coefficients between atomic indices参数fmin/eCmi/e*evNAmax/e*eV3.4基于亲电/亲核反应描述符的相对绝缘强度预测根据相关性分析，本文选择轨道能量参数ELUMO，CD FT 参数中简缩局部亲电指数最小值，静电势参数中正静电势表面积4、负静电势表面积A以及静电势平均偏差I 作为绝缘强度预测模型参量将参数作为自变量，相对绝缘强度作为因变量，进行曲线估算38.39，确定每个原子与分子物理学报参数的非线性函数，最后得到相对绝缘强度预测模型如下E,=fi(ELuMo)+f(om)+fs(A,*)+f(A-)+fs(II)+n其中f(ELuMo)=aEuwo+bEuMo+clg EuMo lfa(mm)=(dom+e)?EvEANNuGlobal indicesNAamax10.572第2 期(10)(11)(12)EvIPfs(A,*)=(gA,*+h)2f(A,)=(iA,+j)?fs(II)=kIr+lII+mlgll将附录表A2中7 3种气体相对绝缘强度实验值和计算数据代人预测模型，得到了相对绝缘强度E,与微观参数构效模型，以及模型的可决系数R与均方误差MSE如图11所示，在电子概率密度为0.0 0 0 1a.u.0.001a.u.的范围内，随电子概率密度的增加，R先增大后减小，MSE先减小后增大在电子概率密度为0.0 0 0 2 a.u.时，预测效果最优，其R=0.809，M SE=0.0 96.0.820.1200.810.115imaxfminminminAmaxf+maxAtom indicesfmim/eNA/e*ev0.821-0.5720.6231(13)(14)(15)min0.8020.790.780.770.760.00000.00020.00040.00060.00080.0010图11不同电子概率密度等值面下模型的可决系数和均方误差Fig.11R?and MSE on electron density isosurfaces4结 论0.4771)影响气体分子相对绝缘强度E,的亲电/亲0.712核反应描述符有静电势参数、CDFT参数、轨道能量参数三大类，包括静电势参数中的正静电势表面积A*、负静电势表面积A以及静电势平均偏差I；轨道能量参数中ELuMo；CD FT 参数中简缩局部亲电指数最小值2)模型预测精度受电子概率密度取值的影响，选取电子概率密度0.0 0 0 2 a.u.等值面的静电势参数，结合其他描述符，气体绝缘强度预测模型的R可达0.8 0 9，MSE为0.0 96.021007-60.110R20.105MSEMSE0.1000.0950.090Electron density/a.u.第41卷附录AMoleculesH202N2COCO2OCSCH4SF。N.0CF4CF;CICF,Cl,CCl,FCHFCI,CHCl;CH,Cl2CHF,CICH,CICH,F2MoleculesH02N2COCO,OCSCH4SF。N20S02CF4CF;CICF,Cl2CCl,F夏涵怡，等：基于亲电/亲核反应描述符的气体介质绝缘强度预测表A140种气体分子极化率的数据Table A1Polarizablity of 40 moleculesQm/1030m./10 30m30.80.76961.571.53691.741.71591.941.89532.592.48285.095.05622.562.44644.484.46002.922.79903.723.70702.892.77594.654.62946.356.55938.258.52476.396.52808.328.47186.326.44624.444.58574.444.36592.692.5774表A273种气体分子的相对绝缘强度的数据Table A2dielectric strength of 73 moleculesCASEm1333-74-00.227782 44-70.337727 37 90.38630-08-00.4124 38 90.35463-58 10.9174-82-80.432551-62 4110024 97 20.477446-9-5175 73-00.4175-72-90.5375 71-81.0175-69-41.72第2 期Moleculesm/10-30m3CHF;2.77CCl410.24HC#CH3.4C.F5.5CCl,CF,10.6CCl,FCCIF210.6C.Fs6.47CH,CN4.4CH;CHCI,8.16CF,CF=CF26c-C.F1212.36(CF,CI)28.5CF,CICF,6.3CF,CICHFCHFCF,CI9.83PCl,10.14CF,Br5.65CH,Br5.44SeF65.32c-C4Fs8.24CH,CCl,10.12EPMolecules0.13CH,CIF0.45CF;CN0.33C2F,CN0.93C.F,CN0.38C,H,CI0.99CIO.F0.43c-C.Fio1.15SO,F20.56CF,SO,F0.75i-C,F,CN0.21NSF30.88C.F。1.31i-C,F,COCF31.65C,F7COC,F,021007-7e/10-30m2.684110.43023.37564.648510.257810.15876.51664.26918.22046.233111.13408.32356.499611.902710.40755.65875.45485.17297.556510.2002CASEm593-70-40.39353-85-51.58422 04 82.18375 00-82.7475-00-30.47616-94-61.09355-75-92.12699 79 80.76335 05-71.5542532-60-52.215930-75-31.4392-56-31756-12-72.1756-13-82.8Erp0.561.452.022.390.680.972.280.621.132.421.21.532.282.77第41卷MoleculesCHFCI2CHCl;CH,Cl2CHF,CICH,CICH,F2CHF;CCI4HC#CHC2FCCl,CF,CCI,FCCIF2C.FsCH,CNCH,CHCI2F2C=CFCICH,=CHCF3CF,CF=CF2c-C.F12(CF,CI)2CF,CICF,C,Fi2C.Fi4参考文献：1Ofipcc W.Climate Change 2021:The physical sciencebasis R.Geneva Switzerland:World MeteorologicalOrganization,2021.2Zhang X X,Tian S S,Xiao S,et al.A review study ofSF,substitute gases J.Trans.China Electrotech.Soc.，2 0 18，33：2 8 8 3（i n Ch i n e s e）张晓星，田双双，肖淞，等，SF。替代气体研究现状综述J电工技术学报，2 0 18,33：2 8 8 33 Wang G,Kim W H,Kil G S,et al.Green gas for agrid as an eco-friendly alternative insulation gas toSF,:from the perspective of partial discharge underACJ.Appl.Sci.,2019,9:651.4Katagiri H,Kasuva H,Mizoguchi H,et al.Investiga-tion of the performance of CF,I gas as a possible sub-stitute for SF.J.IEEE Trans.Dielectr.Electr.In-sul.,2008,15:1424.5 Devins J C.Replacement gases for SF,J.IEEE原子与分子物理学报CASEm75 43 40.9967-66 3 1.6775 09-20.675 45-60.427487 30.3175-10-50.3593-53-30.2756 23 52.3674-86-20.4276 16-40.78354.58-52.4976-13-12.376-19-70.9875 05-80.875 34 31.0179 38-90.69677-21-40.8116-15-41.08355 68 02.3576-14-21.7176 15-31.17678-26-21.75355-42-02.26第2 期EMolecules1.02CF,SCF31.09CF,CF=CFCF;0.95FS(=0)F0.63FC(OOC(F)(F)F)(F)F0.34CF,CICHFCHFCF,CI0.42FS(=NC(F)(F)F)F0.18CISSCI1.84CF,OCF;0.22PCl;0.41BF32.09CF,Br1.9CH,Br0.79BCl,0.82BrCl,1CBrCIF20.86SeF。1.11c-C4Fs1.09CF,=CF-CF=CF22.13C-CF;-(C4Fo)-CF31.54C-CF,(C,F2O)CF31.15CH,CCl,1.83HFO2.21Trans.Electr.Insul.,1980,15:81.6Nechmi H E,Beroual A,Girodet A,et al.Fluoroni-triles/CO,gas mixture as promising substitute to SF.for insulation in high voltage applications J.IEEETrans.Dielectr.Electr.Insul.,2016,23:2587.7Lin L,Chen Q G,Wang X Y,et al.AC breakdowncharacteristics of c-C,Fg/N2 gas mixtures in an ex-tremely non-uniform electric field J.Energies,2018,11:1.8Olivet A,Duque D,Vega L F.Analysis of electron in-teractions in dielectric gases J.J.Appl.Phys,2007,101;15.9Rabie M,Dahl D,Donald S M A,et al.Predictors forgases of high electrical strength J.IEEE Trans.Di-electr.Electr.Insul,2013,20:856.10Zhang C H,Shi H X,Cheng L,et al.First principlesbased computational scheme for designing new SF re-placementsJ.IEEE Trans.Dielectr.Electr.Insul.,2016,23:2572.11Lin L,Chen Q G,Cheng S,et al.The analysis of SF.021007-8CAS371-78-8360-89 47783 42-8927 84=475995-75-41512 14 710025-67-91479 49 87719-12-27637 07 275-63 874-83-910294-34 512360-50-8353-59-37783 79 1115-25-3685-63-237360 98 8707-13-171-55 61645 83 6Em1.51.71.440.8512.40.410.80.40.750.440.920.91.521.11.271.52.31.62.310.85E1.391.910.91.31.951.680.790.60.950.811.270.580.680.921.561.191.471.372.611.341.441.11第41卷potential alternative gas dielectric strength based ondensity functional theory J.Trans.China Electro-tech.Soc.,2018,33：438 2（i n Ch i n e s e）林林,陈庆国,程嵩,等。基于密度泛函理论的 SF。潜在可替代性气体介电性能分析J电工技术学报，2018,33:438212C