基于周期性边界条件的分块量子化学方法对液态水的从头算分子动力学模拟

本文利用分块量子化学方法,实现了在周期性边界条件下应用二阶微扰(MP2)理论对液态水的从头算分子动力学模拟. 通过采用aug-cc-pVDZ基组,MP2理论可以精确地描述水分子之间的相互作用势能面,因而在描述水的各项理化性质方面,MP2有望提供比密度泛函理论更加精确的结果. 本研究计算了多种水的结构及动力学性质,包括径向分布函数,扩散系数,偶极矩,三个临近氧原子的角度分布,氢键结构,都得到了与实验观测一致的结果. 因此,周期性边界量子分块方法可以作为一种研究水的物质结构的可靠理论方法,并且有望促进水科学领域争议性问题的解决. 同时,该方法具有普适性和可扩展性,为有效应用高精度量子化学从头算方法计算其他凝聚态体系提供了理论框架.     

基于周期性边界条件的分块量子化学方法对液态水的从头算分子动力学模拟（英文）

本文利用分块量子化学方法,实现了在周期性边界条件下应用二阶微扰(MP2)理论对液态水的从头算分子动力学模拟.通过采用aug-cc-pVDZ基组,MP2理论可以精确地描述水分子之间的相互作用势能面,因而在描述水的各项理化性质方面,MP2有望提供比密度泛函理论更加精确的结果.本研究计算了多种水的结构及动力学性质,包括径向分布函数,扩散系数,偶极矩,三个临近氧原子的角度分布,氢键结构,都得到了与实验观测一致的结果.因此,周期性边界量子分块方法可以作为一种研究水的物质结构的可靠理论方法,并且有望促进水科学领域争议性问题的解决.同时,该方法具有普适性和可扩展性,为有效应用高精度量子化学从头算方法计算其他凝聚态体系提供了理论框架.     

CH4-Ne体系的三维从头算势能面与光谱的模拟

本文在从头算CCSD(T)/AVXZ(X=T,Q)水平上计算了CH₄-Ne体系的三维势能面,同时在基组中加入了键函数,并且将基组外推到完全基组极限水平. 通过最小二乘法拟合摩斯长程势能函数形式,获得了三维分析势能面,其中对664个从头算格点的拟合的标准偏差仅为0.042 cm^-1. 随后,采用径向离散变量表象和角度有限基组表象相结合的杂化基函数方法,并基于Lanzcos迭代的方法获得了CH₄-Ne体系的振转能级,所预测的红外光谱与实验值非常吻合. 本文首次给出了CH₄-Ne体系的微波光谱数据. CH₄-Ne体系三维摩斯长程势能面分析的表达式为今后CH₄在Ne团簇动力学性质以及其碰撞诱导吸收光谱的研究中奠定了基础.     

密度泛函交换关联势与过渡金属化合物光学非线性的计算研究

在优化几何构型的基础上，对一系列强关联过渡金属化合物，采用密度泛函理论方法中各种 交换关联势计算了电子偶极矩、一阶光学极化率和一阶光学超极化率.考虑基组和频率影响 ，对比从头算MP2，HF方法及实验值，评价了各种交换关联势的计算表现.在此基础上，讨论 新的混合密度泛函交换关联势，以提高密度泛函理论方法计算含有过渡金属体系非线性光学 性质的精度. 关键词： 密度泛函方法 过渡金属化合物 非线性光学     

LiF分子在外电场中的物理性质研究

本文采用量子力学从头算方法,运用密度泛函B3LYP方法在6-311基组水平上, 对不同外加电场(--0.15---0.15a.u.) 作用下LiF分子基态的稳定电子结构进行了计算,研究了外电场对LiF分子键长、能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响规律.结果表明,随着Z方向外电场的增加,分子键长、偶极矩和能隙递增,原子电荷也递增,总能量降低, 频率及其红外强度递减, LiF基态分子势能曲线降低,离解能减小.     

水二聚体分子间相互作用势

利用超分子二阶到四阶多体微扰理论和扩展的相关一致基组(aug-cc-pVTZ)结合有效的中点键函数(3s3p2d1f1g)计算水二聚物的平衡结构和分子间相互作用势,并用平衡方法修正基组重叠误差.在MP2/aug-cc-pVTZ理论级别优化水二聚物几何构型.与正常优化的结果相比,平衡修正优化得到的RO-O和α值分别轻微的增加0.002 nm和0.19°,同时,θ值减小0.013°.在MP2水平利用扩展的相关一致基组结合有效键函数,预言了RO-O和ΔECP值分别为0.0923 nm和-4.86 kcal/mol,计算结果与实验值符合得很好.用exp-4.2势函数拟合分子间相互作用能的离散点,拟合结果与从头算计算的结果一致.     

利用新构建势能面3A研究S(3P)+H2→HS+H反应含时波包量子散射

利用高精度从头算能量点构建三重态³A' 势能面. 单点能计算采用的方法是完全活性空间自洽场和多组态相互作用,计算中所用的基组是aug-cc-pV5Z,并利用多体展开方法结合AP函数形式对所有能量点进行了拟合. 在新构建的势能面基础上,在平动能0.8～2.2 eV进行了含时波包散射计算,计算中同时采用了离心突然近似和紧耦合方法. 另外还对初始振动态ν=0～3(j=0)情况下的总反应几率进行了计算,结果发现初始振动激发对该体系有很大的增强作用.     

CaH,CaD分子的结构及其基态(X~2∑~ )势能函数的理论研究

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311 G(3df,2pd)基组对CaH,CaD分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωeχe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell-Sorbie函数来表示.     

CaH,CaD分子的结构及其基态(X2∑+)

采用量子力学从头算方法,运用二次组态相互作用方法QCISD(T)结合6-311++G(3df,2pd)基组对CaH,CaD分子基态进行了几何结构优化、计算出了它们的光谱数据(ωe、ωeχe、Be、αe、De),结果与实验光谱数据吻合较好,表明上述分子基态的势能函数可用Murrell-Sorbie函数来表示.     

NeNO分子光谱常数和非谐振力场的从头算研究

本文用从头算方法(B3LYP、MP2)计算了NeNO分子的光谱常数和非谐振力场.结果表明:在MP2方法下采用基组6-311G、6-311G(2df,2pd)计算的结果相对于实验和前人计算的结果优于B3LYP方法下采用基组cc-PVNZ(N=T,D,Q)计算的结果;重要的是这些计算结果对实验测量某些光谱数据(平衡转动常数、非谐常数等)有一定的预测作用.     

利用高分辨率光谱和从头算理论研究9-甲基蒽的大振幅运动

本文利用平行超音速射流和光频梳技术观察到9-甲基蒽(9MA)的多普勒的高分辨率和高精度光谱. CH₃内部旋转的势能曲线用六重对称正弦函数表示. 之前报道的9MA-d12的势垒(V₆)远远低于9MA-h12[M. Baba, et al., J. Phys. Chem. A 113, 2366 (2009)]. 本文对多组分分子轨道法进行从头算方法的理论计算. 氘代取代势垒降低的部分原因是H和D原子核的波函数不同.     

针对电子极化子迁移的哈伯德U修正受限密度泛函理论方法：TiO2实例研究

极化子的形成和迁移对过渡金属氧化物的物理和化学性质有重要影响. 含哈伯德$U$修正的密度泛函理论和受限密度泛函理论方法经常被应用于小极化子迁移性质的理论研究. 本文在投影缀加波框架中实现了哈伯德$U$修正的受限密度泛函理论(cDFT+U),并将其应用于体相TiO₂中的极化子迁移性质的计算. 确认了哈伯德U的取值对极化子性质的理论预测有重要影响. 采用基于cDFT计算所获得的哈伯德U值,可对TiO₂金红石和锐钛矿相中的极化子性质获得与实验符合很好的描述. 本文表明,使用与理论上一致的方式计算获得的哈伯德U值,cDFT+U有望成为一种有效的不需经验输入而计算过渡金属氧化物极化子性质的第一性原理方法.     

基于芯-电子结合能偏移的碱金属中的表面、尺寸和热效应

还原氧化石墨烯是大规模生产石墨烯的前体;然而迄今为止,还原氧化石墨烯的电子结构还没有达成共识. 本文运用从头分子动力学方法研究羟基在石墨烯表面的吸附过程. 在吸附过程中,OH基团首先在位于两个碳原子桥位上方形成物理吸附络合物,然后翻越过渡态,最终被吸附在一个碳原子的顶位位点. 结果显示5×5石墨烯表面最多可以吸附6个羟基,表明石墨烯表面羟基的覆盖率约为12%. 计算结果还显示,负吸附能随着羟基吸附数目的增加而线性增加,带隙也随着羟基吸附数目的增加而线性增加.     

Structural and spectroscopic investigation of the N-methylformamide–water (NMF···3H2O) complex

In this work, theoretical studies on the structure, molecular properties, hydrogen bonding, and vibrational spectra of the N-methylformamide–water (NMF···3H₂O) complex will be presented. The molecular geometry was optimised by using Hartree–Fock (HF), second Møller–Plesset (MP2), and density functional theory methods with different basis sets. The harmonic vibrational frequencies are computed by using the B3LYP method with 6-311++G(d,p) as a basis set and then scaled with a suitable scale factor to yield good coherence with the observed values. The temperature dependence of various thermodynamic functions (heat capacity, entropy, and enthalpy changes) was also studied. A detailed analysis of the nature of the hydrogen bonding, using natural bond orbital (NBO) and topological atoms in molecules theory, has been reported.     

2-三氟甲基吡啶的转动光谱及分子结构研究

本文测定了2-三氟甲基吡啶在2∽20 GHz频率范围内的高分辨转动光谱. 测定了转动常数、¹⁴N核四极耦合常数及离心畸变常数等一系列光谱参数. 同时还在自然丰度下测定了5个¹³C和1个¹⁴N单取代同位素异数体的光谱数据. 实验结果结合从头算准确地推导出2-三氟甲基吡啶的骨架结构. 实验测得同位素异数体的平面转动惯量P_cc数值均为44.46 u?²,表明此分子具有C_s对称性. 此外,本文计算了吡啶、2-氟吡啶、2-甲基吡啶和2-三氟甲基吡啶的分子表面静电势,以此分析了三氟甲基的取代对电子分布的影响.     

环丁烷嘧啶二聚体电子催化修复的分子动力学模拟探索

过剩电子不仅是辐射破坏的重要根源,而且也参与诸如环丁烷嘧啶二聚体等辐射产物的修复过程. 利用从头算分子动力学模拟,本工作再现了单电子分步催化环丁烷嘧啶二聚体离解的详细过程,特别获得了与过剩电子有关的能量和分子结构详细信息. 基于垂直注入环丁烷嘧啶二聚体水溶液过剩双电子的分子动力学模拟,本文排除了早期建议的类[2+2]协同同步离解机理,分析了实际反应对称性与严重影响机理的轨道对称性的差别. 重要的是,本文提出一个双电子分步催化离解机理新模型,可以合理解释反应实验观察. 本工作不仅对电子催化离解机理提供了动态洞察性的解析,而且也揭示了两个过剩电子在两个键断裂步骤中的不同作用(促进或抑制).     

Effect of Cyclic Deformation on Magnetorheological Elastomers

采制备了铁颗粒含量分别是60%,70%和80%的三种材料,在应变幅值为50%,75%和100%的循环加载条件下,利用改进后的动态力学分析仪测试了循环加载后材料的储能模量和损耗模量. 结果显示铁颗粒含量为70%和80%的样品,其储能模量和损耗模量都和循环加载的幅值以及循环加载的次数有关,铁颗粒含量为80%样品受加载条件的影响尤其明显. 但铁颗粒含量为60%的样品,其性能却与循环加载的幅值和次数无关. 为了更好的研究磁流变弹性体受循环加载后的性能,样品还进行了准静态拉伸测试,并用扫描电镜对测试的样品进行了原位观察.     

Effect of hydrogen bond formation on the NMR properties of microhydrated ortho-aminobenzoic acid

The in?uence of the hydrogen bond formation on the nuclear magnetic resonance parameters has been investigated in the case of microhydrated ortho-aminobenzoic acid (o-Abz) in the gas-phase. DFT-B3LYP/aug-cc-pVDZ predicted ¹H and ¹³C isotropic chemical shifts with respect to TMS of the isolated o-Abz are in reasonable agreement with available experimental data. The isotropic and anisotropic chemical shifts for all atoms of o-Abz within the o-Abz?···?(H₂O)_1-3 complexes have been calculated at the Hartree–Fock, and density functional (B3LYP) theoretical levels using the 6-31++G(2d,2p) and aug-cc-pVDZ basis sets and considering the counterpoise corrections for the basis set superposition errors. The chemical shift values of the carboxyl group atoms of microhydrated o-Abz relative to isolated o-abz do not show significant basis set dependence. Both the hydrogen and carbon atoms constituting the carboxyl group of o-Abz suffer downfield shift due to formation of hydrogen bond with water. The length of hydrogen bond formed between o-Abz and water is found to vary with the number of water molecules present around o-Abz. A direct correlation between the hydrogen bond length and isotropic chemical shift of the bridging hydrogen is observed for both C?=?O?···?H-O and O-H?···?O interactions.     

乙炔高温裂解的从头算动力学模拟

本文采用了从头算动力学结合量化计算来研究乙炔的热裂解,发现了一条通过连续乙烯基卡宾加成生成苯环的机理,并和与这条路径相竞争的路径进行了对比. 此外,还得到了乙烯基卡宾的寿命.