Coriolis耦合对Cl+H2→H+HCl非绝热反应的影响

使用含时波包方法 ,在Capecchi和Werner拟合的非绝热耦合势能面上 ,研究了Cl处在自旋轨道基态以及自旋轨道激发态时与H2 反应的活性 ,并且讨论了Coriolis耦合的影响 .计算了某些角动量时的反应几率 .计算结果显示 ,当Cl原子处在自旋轨道激发态与处在基态的H2 的反应活性很小 ,Coriolis耦合在这个反应中起了很小的作用 .     

D+CD4→CD3+D2反应的四维量子散射计算

运用约化维数量子动力学理论，利用含时波包法，对反应D+CD₄→CD_{3+D2进行了四维量子散射计算.将反应多原子CD4看作双原子D—CD 3，反应D+CD4→CD3+D2看作单原子-双原 子反应，把体系的反应简化为四维散射问题. 波函数的传播采用分裂算符法，为避免格点边界处含时波函数的边界反射，采用了光学吸收 势法，在格点边界处引入光学势，消除边界反射.根据CD4分子的C3v对称性， 选取了Jordan和Gilbert提出的半经验势能面.计算结果表明，反应概率随平动能的变化图像 ，呈现出显著的量子共振特性，这是很多提取反应的共同特征.而不同振动态下的反应概率 随平动能的变化表明，随振动量子数的增大，反应概率有明显提高，且反应阈能明显降低， 这说明反应分子的振动能对分子的碰撞反应有重要贡献.而对基态和第一振动激发态时散射 截面的计算，也证明了这一结论.同时，还分别通过计算量子数j，k，m对反应概率的影响， 对该反应的空间取向效应进行了研究，并与H+CH4→CH3+H2反应进行了比较. 关键词： 含时波包 量子散射 反应概率}     

H++CO2散射在30电子伏能量下电荷转移和非电荷转移的非绝热分子动力学模拟

在大气化学、天体物理学和癌症质子疗法中都涉及到高能H⁺+CO₂散射反应.本文在最简电子-核动力学（SLEND）基础上系统研究在30 eV下的H⁺+CO₂散射.SLEND用经典力学描述核,用单行列式Thouless波函数描述电子.本文模拟了CO₂在42个取向共3402条轨线,为理解H⁺+CO₂散射中的各个反应过程和机制提供了系统描述：非电荷转移散射（NCTS）,电荷转移散射（CTS）和C=O双键的断裂,这些关于反应的有用信息不能完全从实验中获取.本文提供了散射的详尽细节,包括随CO₂取向不同主彩虹角和次彩虹角的出现和合并.SLEND NCTS和CTS的微分散射截面通过高等半经典方法计算,显示NCTS散射截面对所有散射角都同实验符合得很好,而CTS散射截面只大散射角时同实验结果符合得很好而在小角散射时稍差.无论是CTS还是NCTS SLEND都预言了主彩虹角的特征,这同实验完全一致.     

OH+H2S→H2O+SH反应的模式特异性量子动力学研究

研究氢抽取反应OH+H₂S对于理解酸雨形成、空气污染和气候变化的原因具有重要意义. 本文在降维模型下使用量子含时波包方法研究了OH+H₂S→H₂O+SH反应的动力学行为. 研究表明,该反应在低碰撞能时表现出无垒反应的特征,而在高碰撞能下表现出具有显著势垒的激活反应的特征. 激发反应物H₂S分子的对称或反对称伸缩模式比激发弯曲模式更有效地促进了反应,该动力学特征可以通过各正则模式与反应坐标的耦合强度来解释. 此外,模式指定的反应速率常数表现出明显的非阿伦尼乌斯温度依赖性.     

H+CH3D→H2+CH2D反应的十维量子动力学研究

本文采用最近发展的十维含时波包方法研究了H+CH₃D→H₂+CH₂D反应的模式选择性,计算了反应物CH₃D在基态、CH₃对称和不对称伸缩振动激发态、CD伸缩振动激发态以及CH₃弯曲模式的基频和倍频激发态等6个初始状态下的反应几率. 计算结果表明,在碰撞能0.0∽1.0 eV区间内,激发CH₃的任意一种伸缩振动模都能增强反应活性,而CD伸缩振动激发对反应的促进作用不明显. CH₃弯曲振动模的基频激发对促进反应活性几乎没有影响,由于CH₃对称伸缩振动模的基频与CH₃弯曲振动模倍频之间的费米共振作用,CH₃弯曲振动模的倍频激发显著增强了反应活性.     

MoS2中S原子空位形成的非绝热动力学研究

缺陷是半导体领域中最核心的问题.采用含时密度泛函方法,模拟了S原子脱离MoS₂晶格形成空位缺陷过程中的电子动力学行为,发现该过程中存在显著的非绝热效应.非绝热效应导致S原子需要消耗更多能量以脱离晶格形成空位缺陷.随着S原子的初始动能增大,其脱离晶格形成空位的能量势垒也持续增大,并且在初始动能达到22 eV附近时发生了阶跃式的增长.这是由朗道-齐纳电子跃迁和能级间库仑作用共同导致的.非绝热效应还改变了脱离晶格的S原子上电荷的轨道分布,以及晶格中缺陷附近的电荷分布.此外,还发现该过程中自旋轨道耦合十分重要,必须被考虑.本文阐明了MoS₂中S原子空位的形成机制,尤其是电子非绝热动力学的重要作用,为进一步研究缺陷对材料物理性质的调控提供了理论基础.     

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.     

H+Br2→HBr+Br反应的态-态量子动力学研究

H原子与卤素气体(F₂,Cl₂,Br₂)的反应是典型的轻-重-重原子-双原子反应. 对于研究化学激光的基本反应途径十分重要. 之前所有的实验结果都表明,H+Br₂→HBr+Br反应的势垒高度很小,甚至是负值. 本文基于11698个UCCSD(T)/CBS水平的从头算能量点,用FI-NN方法构建了HBr₂体系的精确全维全域势能面,还包括了Br原子²P_3/2轨道的自旋-轨道耦合. 势能面有一个下沉的势垒(-0.351 kcal/mol}),放热(ΔH₀=-41.265 kcal/mol) 和实验值吻合的很好,在这个势能面上应用含时波包方法计算了H+Br₂→HBr+Br反应的态-态积分和微分截面. 对初始基态反应,产物HBr(v′=2,3,4)态在所考虑的整个能量范围内占主导地位,说明HBr是振动态布居反转的. 温度300 K时,计算的产物振动分布在$v$$''$=3有最大值,在v′=0,1的分布可以忽略不计,这与Setser及合作者和Polanyi及合作者的实验结果相一致. 超过一半的总可用能量进入到产物的内部运动中,这其中大部分进入到振动中. 计算表明,反应物Br₂的初始转动激发对产物振转态分布和微分截面影响很小,而初始振动激发则有一定影响. 在低能区域,初始振动激发到v₀=5态很明显的增强了产物的振动激发. 在初始基态和初始转动激发态下,碰撞能量到0.5 eV的微分截面在后向达到峰值,但随着碰撞能量的增加,角分布的宽度显著增加. 对于初始振动激发态,产物微分截面的结构较为复杂,对高振动激发态产物有很强的前向散射峰.     

基于从头算势能面对S-(2P)+H2(1Σ+g)→SH-(1Σ)+H(2S)反应的量子含时波包计算

本文基于离子分子SH₂^-基态势能面,应用含时波包方法研究了反应S^-(²P)+H₂(¹Σ⁺_g)→SH^-(¹Σ)+H(²S)的动力学行为. 给出了反应几率和积分截面随碰撞能的变化关系,结果表明,在讨论的所有碰撞能量范围内二者均存在显著的振荡结构. 当初始转动量子数j=0,2,4,6,8,10和振动量子数v=0,1,2,3,4时,从总反应几率数值计算中可以看出,双原子H₂的振动激发和转动激发显著提高了反应活性. 同时积分散射截面的理论值与前人的实验值相符合.     

同位素效应对H+NH→N+H2反应的立体动力学性质的影响

基于翟红生和韩克利给出的势能面[Zhai H S, Han K L 2011 J. Chem. Phys. 135 104314], 运用准经典轨线方法对H+NH及其同位素取代反应的立体动力学性质进行了理论研究. 分别计算并讨论了碰撞能E_c=8和16 kcal/mol时反应的极化微分反应截面、两矢量k-j'相关分布函数P(θ_r)、 三矢量 k- k'- j'相关分布函数P(φ_r)、空间分布函数P(θ_r, φ_r). 结果表明, 对于上述的两个碰撞能, 由于同位素取代反应中质量因子的不同, 同位素效应对H+NH反应的立体动力学性质的影响很明显.     

D+CD4→CD3+D2反应的四维量子散射计算

运用约化维数量子动力学理论 ,利用含时波包法 ,对反应D +CD4 →CD3+D2 进行了四维量子散射计算 .将反应多原子CD4 看作双原子D—CD3,反应D +CD4 →CD3+D2 看作单原子 双原子反应 ,把体系的反应简化为四维散射问题 .波函数的传播采用分裂算符法 ,为避免格点边界处含时波函数的边界反射 ,采用了光学吸收势法 ,在格点边界处引入光学势 ,消除边界反射 .根据CD4 分子的C3v对称性 ,选取了Jordan和Gilbert提出的半经验势能面 .计算结果表明 ,反应概率随平动能的变化图像 ,呈现出显著的量子共振特性 ,这是很多提取反应的共同特征 .而不同振动态下的反应概率随平动能的变化表明 ,随振动量子数的增大 ,反应概率有明显提高 ,且反应阈能明显降低 ,这说明反应分子的振动能对分子的碰撞反应有重要贡献 .而对基态和第一振动激发态时散射截面的计算 ,也证明了这一结论 .同时 ,还分别通过计算量子数j,k ,m对反应概率的影响 ,对该反应的空间取向效应进行了研究 ,并与H +CH4→CH3+H2 反应进行了比较 .     

H+CH→H2+C（1D）反应的立体动力学研究

利用从头计算的对称性为1A′的势能面,用准经典轨线（QCT）方法在不同的碰撞能下研究了反应H+CH→H₂+C（¹D）的产物和反应物的矢量相关性质.在质心系下计算了四个极化微分反应截面.计算并讨论了描述k和j′夹角分布关系的P（θ_r）和描述k-k′-j′三者的二面角分布关系的P（（?）_r）.计算结果表明势能面上的深势阱和不同的碰撞能对产物分子H₂有重要影响.     

H+HD→H2+D反应的高分辨交叉分子束实验研究

本文利用交叉分子束方法和离子速度成像技术,对H+HD→H₂+D反应在1.17 eV碰撞能下的态-态反应动力学开展了高分辨实验研究. 实验采用1+1''(真空紫外+紫外)近阈值激光电离方式对反应中的D原子产物进行探测,获得了高角度分辨和高能量分辨的产物离子速度影像,进而精确获得了反应的态-态微分截面. 实验观测到了H₂(v''=0,j''=1)和H₂(v''=0,j''=3)振转产物角分布中与散射过程的干涉效应相联系的前向散射振荡. 这一研究进一步表明了化学反应微分截面的精确测量在气相态-态反应动力学研究中的重要性.     

反应N(2D)+H2→NH+H和N(2D)+D2→ND+D的立体动力学理论研究.

基于Ho等人的精确势能面(J. Chem. Phys. 119, 3063(2003))研究,运用准经典轨线方法计算了21.3 kJ/mol碰撞能下反应N(²D)+H₂→NH+H和N(²D)+D₂→ND+D的产物与反应物之间的矢量相关．发现两个反应的产物角分布都是前向和后向呈现峰值分布,产物的转动角动量矢量j′不仅是取向的,而且是在y轴负方向上定向的．两个反应显示出的同位素效应主要归因于同位素质量的差别．     

非绝热分子动力学的量子路径模拟

基于近期发展的经典-量子混合模拟非绝热分子动力学的量子路径方案,本文对5个典型势能面模型进行了模拟,包括单交叉模型、双交叉模型、拓展耦合模型、哑铃模型以及双弓模型.由于难以在严格意义上得到退相干速率,数值模拟中,我们比较了三个不同的退相干速率公式,包括冻结高斯波包近似退相干速率、能量分辨速率以及力分辨速率.在模拟过程中,我们恰当地处理了势能面跳跃时的能量守恒和力的反向问题.通过与全量子动力学模拟的精确结果进行对比发现,对于结构较简单的势能面模型,三种退相干速率都能得到较好的结果;然而对于较复杂的势能面模型,由于复杂量子干涉的原因,与其他混合经典-量子动力学方案类似,量子路径方案仍然难以得到较准确的结果.如何发展更加有效的混合经典-量子模拟方案,是未来研究的重要课题.     

H+H2反应截面的全量子力学研究

利用全量子力学耦合通道扭曲波近似(CCDWA)方法和三种势能面计算了H+H2(vα=0,jα=0)→H2(vβ,jβ)+H碰撞的反应截面,并与准经典弹道计算结果及公认较好的计算结果作了比较.研究表明:在相同的势能面下利用CCDWA方法得到的截面和公认较好的计算结果符合很好,而准经典弹道计算的反应截面误差较大. 关键词： 反应散射 势能面 反应截面     

金属/掺杂聚合物/金属结构中载流子的注入与输运

基于紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger模型，利用非绝热的动力学方法，研究了金属/聚合物/金属三明治结构中载流子注入与输运的动力学过程，其中，聚合物中含有一个掺杂离子. 电子波函数随时间的演化满足含时Schrdinger方程，晶格运动满足经典的牛顿运动方程. 研究发现，掺杂离子对注入到聚合物中的载流子的作用类似一个控制阀门，阀门的状态与电场的强度和偏压的大小密切相关.     

金属/掺杂聚合物/金属结构中载流子的注入与输运

基于紧束缚的Su-Schrieffer-Heeger模型,利用非绝热的动力学方法,研究了金属/聚合物/金属三明治结构中载流子注入与输运的动力学过程,其中,聚合物中含有一个掺杂离子. 电子波函数随时间的演化满足含时Schrdinger方程,晶格运动满足经典的牛顿运动方程. 研究发现,掺杂离子对注入到聚合物中的载流子的作用类似一个控制阀门,阀门的状态与电场的强度和偏压的大小密切相关. 关键词： 载流子输运 波包 非绝热动力学     

基于全维高精度势能面对H+SO2→OH+SO反应的动力学研究

H+SO₂→OH+SO反应在燃烧、大气和星际化学中都扮演着重要角色. 它还是具有深势阱中间体形成的典型反应,是检验速率理论和提供有趣反应动力学现象的理想候选反应. 基于之前构建的全维高精度势能面,本文对该反应进行了准经典动力学研究. 在1400 K≤T≤2200 K的温度范围内,计算值重现了实验速率常数. 当反应物SO₂处于振-转基态,在31.0∽40.0 kcal/mol的碰撞能范围内,计算得到的积分反应截面随碰撞能增加;在40∽55 kcal/mol的碰撞能范围内,积分反应截面几乎不受碰撞能影响. 产物角度分布呈现对称的前后向双峰结构. 本文还分析了产物OH和SO的振动态分布.     

D+OD+反应的量子动力学研究：交换通道和抽取通道的竞争

基于精确的势能面,研究D+OD⁺反应在0.0～1.0 eV碰撞能范围内的量子动力学. 用CS近似(centrifugal sudden approx-imation)的含时波包方法研究吸热的抽取反应通道(D+OD⁺→ O+D₂⁺)和热中性的交换反应通道(D+OD⁺→D+OD⁺),计算两个通道的反应几率、总积分反应截面和热速率常数. 发现在交换反应的反应路径上存在一个凸起结构. 计算的总角动量J=0时的波包分布的含时演化清楚地表明凸状结构对两个通道的动力学有非常重要的影响.