质子与羟基碰撞的含时密度泛函理论研究

采用将含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法,研究了不同入射速度下质子与羟基碰撞的反应动力学.计算了碰撞前后质子动能和羟基动能的变化及羟基电子和质子的运动.计算结果表明,质子沿垂直羟基分子轴方向入射时,质子与羟基碰撞后,质子被反弹且动能损失并俘获了羟基中氧的一部分电子,而丢失部分电子的羟基则获得动能以伸缩振动的形式向计算边界平动.随着入射质子的初动能增加,质子从羟基中俘获的电子增多,碰撞后羟基的键长变长,羟基振动变强而伸缩振动频率降低.此外,还发现质子的入射方向对碰撞过程的激发动力学有很大的影响.质子从不同的方向入射时,质子的入射初动能越大,其损失的动能越多且损失的动能与入射初动能呈线性关系,而入射方向对质子动能损失的影响很小.在质子入射初动能较低(小于25 eV)的情况下,羟基获得的动能与质子入射初动能呈线性关系且与入射方向无关;在质子入射初动能较高(大于25 eV)时,当质子沿羟基分子轴方向入射时,羟基动能的增量远大于质子沿垂直于羟基分子轴方向入射时羟基动能的增量.     

华法林与人血清蛋白结合的动力学过程和光谱性能研究

华法林作为口服维生素K拮抗剂几十年来广泛应用于治疗血栓类疾病。因此针对华法林的物理化学性质的研究成为了人们的重点。通过含时密度泛函理论(TD-DFT),模拟了华法林分子在水溶液状态下与人血清蛋白结合过程中几种状态的紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)与荧光光谱,研究不同状态在激发过程中的跃迁方式和电荷转移过程,以及光谱的差异,探究整个动力学过程的激发态变化机理。结果表明,华法林在水溶液中紫外-可见吸收光谱表现出双吸收现象,双吸收现象主要由不同的激发态跃迁导致。未去质子化前,主要吸收峰波长为291 nm,去质子化后,吸收强度降低,波长红移,当华法林与血清蛋白结合后发生电荷转移导致吸收增益,波长307 nm吸收峰强度最高。通过计算第一激发态(S₁)的结构和激发能模拟华法林不同状态的荧光光谱,最初状态下荧光峰为360 nm,去质子化后,荧光强度降低,波长红移,结合后结构变化导致荧光增益。根据华法林的荧光光谱变化情况,说明其在整个动力学过程中存在不同的荧光发射过程。通过分子前线轨道分析和电子-空穴分析研究整个动力学过程的电荷转移情况,表明华法林单体的荧光发射过程为局域激发,...     

CO分子在线性极化飞秒激光场中的TDDFT研究

本文运用将含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法,研究了CO分子在不同强度、不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 研究发现,激光强度越强,CO分子吸收的能量越多,电离越早且电离越强,CO分子键长变长且伸缩振动越剧烈. 此外,CO分子偶极矩的变化及峰值也随着激光强度的增强而增大. 对激光极化方向的研究发现,激光极化方向沿着CO分子轴向时,分子的电离最强且伸缩振动最剧烈. 当激光极化角增大时,CO分子的电离逐渐被抑制且电子的偶极振动对激光极化方向表现出较强的依赖性. 此外研究还表明,CO分子碳原子和氧原子周围电子的弥散方式不同且与激光极化方向有关. 关键词： 含时密度泛函理论 分子动力学 分子电离     

飞秒强激光场中水分子的电离激发

本文运用含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法, 研究了水分子在不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 计算结果表明, 对应相同的极化方向, 随着激光强度的增加, 水分子的电离增强; 对于相同强度的激光, 当激光极化方向沿水分子对称轴方向时, 水分子的电离最强, 当激光极化方向垂直水分子对称轴方向时, 水分子电离受到最大程度的抑制. 对水分子偶极矩的研究表明, 当分子处于线性响应区域时, x方向的激光只能激发起x方向的偶极振动而y方向的激光只能激发起y方向的偶极振动. 对水分子的键长和键角的研究表明, 在激光场中水分子的键长变长, 键角变大, 但变化幅度随着激光极化角的增大而减小. 此外, 研究还发现, 虽然在不同极化方向的激光脉冲的驱动下, 水分子OH键的振动频率与激光频率相当, 在脉冲关闭后, 振动频率减小, 但激光场的极化方向对水分子振动模式具有选择性. 关键词： 含时密度泛函理论 分子动力学 水分子 电离     

桥基取代2,7’-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉类化合物的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G(d)水平上对2,7′-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉(2,7′-Ethq_2)及其6种桥基取代物的几何结构进行了全优化,探讨了取代基对分子的结构、电荷转移、前线分子轨道能级、能隙等方面的影响.采用含时的密度泛函理论(TD-DFT)研究各分子的气相及液相中的电子光谱,分析光谱的变化规律.结果表明,取代基的电子效应和立体效应对取代物的电子结构和电子光谱有重要影响,取代基重新调整了2,7′-Ethq_2的原子电荷布居,改变了前线分子轨道能隙,导致吸收光谱发生变化.氨基和氰基对2,7′-Ethq_2影响较为显著,吸收波长红移较大.此外溶剂的极性对其电子光谱也有影响,随溶剂极性的增大,硝基取代物的最大吸收波长发生明显的红移,其它取代物的最大吸收波长均发生较小的蓝移.     

5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其衍生物的密度泛函理论计算

在B3LYP/6-31G(d)水平上对5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其5种衍生物进行了几何构型全优化,探讨了喹啉不同位H被吸电子基团CN及羟基O被S原子取代对分子电离势(Ip)、电子亲和势(EA)、电荷转移、前线轨道能量和电子光谱等性质的影响.用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了分子在气相及液相的吸收光谱,计算结果与实验值基本符合.取代基对5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉锌分子的性质有较大影响.电子亲和势计算表明,该类化合物的电子亲和势较大,都是较好的电子传输材料.     

外电场对对硝基氯苯分子结构与电子光谱影响的研究

为达到降解有机污染物硝基氯苯的目的, 采用外加平行电场的方法, 研究电场对硝基氯苯化合物的分子结构和电子光谱等的影响. 以对硝基氯苯分子为研究对象, 采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d, p) 基组水平上优化并计算了不同外电场作用下pCNB的基态分子结构、电偶极矩和分子总能量, 在此基础上采用含时密度泛函研究了该分子的前六个激发态的波长、振子强度受外电场的影响规律.结果表明: C–Cl, C–N键长随电场增加而快速增大, 即键能快速减小, 同时苯环上的C–C, C–H键长的变化很小, 且有增有减, 说明分子的降解可能是C–Cl, C–N键断裂而苯环则相对稳定. 同时分子总能量随电场先增大后变小, 电偶极矩刚好相反.另外, 最大吸收波长λ_max 随电场先缓慢减小, 后快速增大, 导致电子跃迁相对容易, 而振子强度随电场变化则相对比较复杂. 关键词： 对硝基氯苯 外电场 密度泛函 含时密度泛函     

5,7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其衍生物的密度泛函理论计算

在B3LYP/6-31G(d)水平上对5, 7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其5种衍生物进行了几何构型全优化, 探讨了喹啉不同位H被吸电子基团CN及羟基O被S原子取代对分子电离势(IP)、电子亲和势(EA) 、电荷转移、前线轨道能量和电子光谱等性质的影响. 用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了分子在气相及液相的吸收光谱, 计算结果与实验值基本符合. 取代基对5, 7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉锌分子的性质有较大影响. 电子亲和势计算表明, 该类化合物的电子亲和势较大, 都是较好的电子传输材料.     

溶剂极性对1，5-二羟基蒽醌分子双质子转移过程的影响

具有激发态分子内双质子转移特性的分子在荧光传感器、激光材料、生物分子探针等领域具有广泛的应用. 羟基蒽醌作为蒽醌类化合物是自然界中广泛存在且具有质子转移特性的次级代谢物,其衍生物已被广泛研究并成功应用于染料、免疫增强和抗癌药物. 近年来,1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)作为一种具有两个分子内氢键的羟基蒽醌衍生物受到了广泛的关注. 本文采用飞秒瞬态吸收光谱结合含时密度泛函理论方法研究了溶剂极性对1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的影响. 1,5-DHAQ分子在甲苯、四氢呋喃和乙腈溶剂中的稳态荧光光谱表明,溶剂极性的改变对1,5-DHAQ的荧光峰位置产生了影响. 瞬态吸收光谱表明,溶剂极性的增大加快了质子转移的速率. 超快动力学拟合结果表明,溶剂极性的增大有助于加快1,5-DHAQ分子中的激发态分子内双质子转移过程. 此外,通过理论计算得到的势能曲线分析表明质子转移的能垒随着溶剂极性的增加而逐渐减小,从而促进1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的发生,这进一步验证和解释了实验结果. 本工作有助于开发和合成更稳定、高效的羟基蒽醌衍生物.     

三碘甲状腺素团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

我们利用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/Lan12mb基组水平上,得到了三碘甲状腺素团簇的几何和电子结构.在此基础上,利用含时密度泛函理论(TDDFT),使用相同的基组和采用极化连续介质模型(PCM),对其溶剂效应下的吸收光谱进行研究．研究结果表明,优化所得三碘甲状腺素团簇的对称性为C₁;在基态稳定结构基础上,研究了该分子的红外和拉曼分子振动谱特性,同时研究了其输运性质,即三碘甲状腺素团簇为p型输运材料;通过含时密度泛函理论,在优化好的基态结构基础上,又计算了它的溶剂效应,进一步得出该分子在水溶剂中的吸收光谱特性.     

纳米粒子在亚浓高分子溶液中的扩散: 多粒子碰撞动力学

The diffusion of nanoparticles immersed in semidilute polymer solutions is investigated by a hybrid mesoscopic multiparticle collision dynamics method. Effects of polymer concentration and hydrodynamic interactions among polymer monomers are focused. Extensive simulations show that the dependence of diffusion coefficient D on the polymer concentration c agrees with Phillies equation D-exp (-αc^δ) with a scaling exponent δ≈0.97 which coincides with the experimental one in literature. For increasing nanoparticle size, the scaling prefactor α increases monotonically while the scaling exponent always keeps fixed. Moreover, we also study the diffusion of nanoparticle without hydrodynamic interactions and find that mobility of the nanoparticle slows down, and the scaling exponent is obviously different from the one in experiments, implying that hydrodynamic interactions play a crucial role in the diffusion of a nanoparticle in semidilute polymer solutions.     

关于重离子碰撞TBCTT和QMD两种理论计算结果的系统比较

为了检验基于两体关联动力学而建立的关于重离子碰撞的两体关联输运理论(TBCTT).对TBCTT和量子分子动力学(QMD)的理论计算结果在不同入射道条件下进行了仔细的比较.结果表明:所计算的各种物理量的时间演化过程,对两种理论而言得到了非常相似的行为,这说明TBCTT是一个具有很好发展前景的重离子碰撞动力学的输运理论.     

纳米尺度下毛细流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究纳米尺度下壁面润湿性对毛细流动的影响,主要考虑纳米通道两侧壁面润湿性相同与不同两种情况。研究表明：两侧壁面润湿性相同条件下,毛细流动随着壁面润湿性增强而加快, 毛细高度随时间的变化早期偏离Lucas-Washburn理论,但后期与其预测符合。在纳米通道两侧壁面润湿性不同的情况下,液面会发生振荡,两侧壁面毛细高度也不相等,且液面振荡的幅度和两侧壁面毛细高度差都随着两侧壁面润湿性差异的增大而增大。基于能量转化分析,提出两侧壁面湿润性不同情况下纳米通道中毛细流动发生的条件以及毛细流动快慢的判别依据。研究结果加深了对纳米尺度下毛细流动机理的认识,并为相关工程应用提供理论参考。     

Preference Parameters for the Calculation of Thermal Conductivity by Multiparticle Collision Dynamics

Calculation of the thermal conductivity of nanofluids by molecular dynamics (MD) is very common. Regrettably, general MD can only be employed to simulate small systems due to the huge computation workload. Instead, the computation workload can be considerably reduced due to the coarse-grained fluid when multiparticle collision dynamics (MPCD) is employed. Hence, such a method can be utilized to simulate a larger system. However, the selection of relevant parameters of MPCD noticeably influences the calculation results. To this end, parameterization investigations for various bin sizes, number densities, time-steps, rotation angles and temperatures are carried out, and the influence of these parameters on the calculation of thermal conductivity are analyzed. Finally, the calculations of thermal conductivity for liquid argon, water and Cu-water nanofluid are performed, and the errors compared to the theoretical values are 3.4%, 1.5% and 1.2%, respectively. This proves that the method proposed in the present work for calculating the thermal conductivity of nanofluids is applicable.     

30-5000eV的电子被若干分子散射的总截面计算的一种修正势方法

利用可加性规则，使用Hartree-Fock波函数，采用由束缚原子概念修正过的复光学势，在30~5000eV这一较大的能域内对电子被N2、NO、NO2、CH4、CF4、CF3H、C2H2及C2H4散射的总截面进行了计算。束缚原子不同于自由原子之处，是束缚原子概念考虑了不同分子中的不同的电子云重叠情况，并根据电子云的重叠情况对复光学势进行修正。文中，将定量的计算结果与实验结果及其它理论计算结果进行了比较，结果显示出在30~5000eV内，计算结果与实验结果及其它理论计算结果间有较好的一致性。同时结果也表明，在较低的能量下，尤其是当入射电子的能量低于500eV时，利用被束缚原子概念修正过的复光学势进行计算得到的结果，要比利用未被束缚原子概念修正的复光学势计算得到的结果更接近于实验值。因此，在复光学势中考虑电子云的重叠效应可改善电子被分子散射的总截面的计算精度。     

Mo高压熔化的分子动力学模拟

 采用第一原理方法计算了钼在零温下的结构,表明钼在500 GPa以下一直保持bcc结构（常温）,与实验一致。在零压附近计算了E-V关系,利用Murnaghan物态方程拟合得到了零压体积及其模量,与实验结果符合得很好。采用第一原理分子动力学模拟了钼的高压熔化性质。采用NVT系综计算了128个原子的系统,初始构形为bcc结构,体积分别为0.015 48、0.012 19、0.010 98、0.009 84、0.009 10 nm³/atom,计算了几个温度点,拟合得到了熔化曲线,熔化温度明显高于金刚石压砧（DAC）实验结果;将初始构形改变为fcc结构,模拟其熔化特性,得到的熔化温度明显下降,与激光加载DAC实验结果一致,认为可能的原因是钼熔化后形成的液体结构类似于fcc结构,而不是常态时的bcc结构。     

Measured Composite Collision Models: Quantum Trajectory Purities and Channel Divisibility

We investigate a composite quantum collision model with measurements on the memory part, which effectively probe the system. The framework allows us to adjust the measurement strength, thereby tuning the dynamical map of the system. For a two-qubit setup with a symmetric and informationally complete measurement on the memory, we study the divisibility of the resulting dynamics in dependence of the measurement strength. The measurements give rise to quantum trajectories of the system and we show that the average asymptotic purity depends on the specific form of the measurement. With the help of numerical simulations, we demonstrate that the different performance of the measurements is generic and holds for almost all interaction gates between the system and the memory in the composite collision model. The discrete model is then extended to a time-continuous limit.     

Total cross sections for electrons scattering from simple molecules containing the larger atom sulfur at 30-5000eV

A complex optical model potential modified by the concept of bonded atom, which takes into consideration the overlapping effect of electron clouds, is employed to calculate the total cross sections for electrons scattering from simple molecules （SO2, H2S, OCS, CS2 and SO3） containing the larger atom, sulfur, at 30-5000eV by using the additivity rule model at Hartree-Fock level. The quantitative molecular total cross section results are compared with those obtained in experiments and other calculations wherever available, and good agreement is obtained. It is shown that the additivity rule model together with the complex optical model potential modified by the concept of bonded atom can give the results closer to the experiments than the one unmodified by it. So, the introduction of bonded-atom concept in complex optical model potential betters the accuracy of the total cross section calculations of electrons from the molecules containing the larger atom, sulfur.     

Molecular Dynamics Simulations of Liquid Phosphorus at High Temperature and Pressure

By performing ab initio molecular dynamics simulations, we have investigated the microstructure, dynamical and electronic properties of liquid phosphorus （P） under high temperature and pressure. In our simulations, the calculated coordination number （CN） changes discontinuously with density, and seems to increase rapidly after liquid P is compressed to 2.5 g/cm3. Under compression, liquid P shows the first-order liquid-liquid phase transition from the molecular liquid composed of the tetrahedral P4 molecules to complex polymeric form with three-dimensional network structure, accompanied by the nonmetal to metal transition of the electronic structure. The order parameters Q6 and Q4 are sensitive to the microstructural change of liquid P. By calculating diffusion coefficients, we show the dynamical anomaly of liquid P by compression. At lower temperatures, a maximum exists at the diffusion coefficients as a function of density; at higher temperatures, the anomalous behavior is weakened. The excess entropy shows the same phenomena as the diffusion coefficients. By analysis of the angle distribution functions and angular limited triplet correlation functions, we can clearly find that the Peierls distortion in polymeric form of liquid P is reduced by further compression.