Ne-HCN体系v_3正则模下红外谱的理论研究

本文采用单双迭代耦合簇理论CCSD(T)方法,采用扩展的相关一致基组aug-cc-p VQZ以及中心键函数(3s3p2d2f1g),对Ne-HCN体系三维势能面和对应于HCN反对称伸缩振动(v_3正则模)下的红外谱进行了理论研究.在保持HCN分子质心不变的情况下,通过将对应不同正则坐标Q_3值的七个二维势能面进行六阶多项式插值可以得到Ne-HCN体系三维势能面.在振动绝热近似下,利用三维势V(Qi3,R,θ)计算得到体系基态v_3=0和第一激发态v_3=1两个振动平均势并用其计算了对应的振动能级.每个绝热势均有两个极小值分别对应于线性(全局极小)和近T型构型(局域极小).基态的全局极小值位于R=8.04 a0,阱深为-60.99 cm-1,第一激发态的全局极小值位于R=8.08 a0,阱深为-59.94 cm-1.在HCN分子v_3模式下,计算得到了104条红外谱线,并对该模式下的红外光谱常数进行预测.     

He-H2S复合物的六维从头算势能面和束缚态

采用[CCSD(T)]-F12a/aug-cc-pVTZ方法,同时在基组中引入中心键函数(3s3p2d1f1g)构建了He-H$_2$S复合物的高精度六维势能面. 除分子间振动坐标,同时考虑了H₂S分子内的v₁对称伸缩振动Q₁正则模、v₂弯曲振动Q₂正则模和v₃反对称伸缩振动Q₃正则模三种振动模式. 将计算得到的六维势能面在Q₁,Q₂和Q₃方向上分别做积分得到H₂S单体分别处于振动基态、v和v₃激发态下的He-H₂S的三个振动平均势能面. 计算结果表明,每个平均势能面都有一个T形全局极小值、一个平面局部极小值、两个平面内鞍点和一个平面外鞍点. 全局极小值的几何构型位于R=3.46 ?,θ=109.9°和φ=0.0°,势阱深度为35.301 ^-1. 在径向部分采用离散变量表象法和角度部分采用有限基组表象法并结合Lanczos循环算法计算了He-H₂S的振转能级和束缚态. 计算发现He-(para-H₂S)在H₂S的v₂和v₃区域的带心位移分别为0.025 cm^-1和0.031 cm^-1,而He-(ortho-H₂S)的带心位移分别为0.041 cm^-1和0.060 cm^-1,都表现为蓝移.     

Kr-CS_2体系势能面及束缚态能级的理论研究

本文采用单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇CCSD(T)方法,对C、S原子采用aug-ccPVTZ基组,对Kr原子采用cc-PVTZ-DK基组,并且加上中心键函数(3s3p2d2f1g),计算得到Kr-CS_2体系的势能面.该势能面为T型结构,存在一个全局极小值和两个等价的局域极小值.全局极小值位于R=7.05 a0,θ=90°处,势能值为-396.194 cm~(-1).两个局域极小值分别位于R=10.15 a0,θ=0°和180°处,势能为-243.647 cm~(-1).利用该势能面,通过数值求解相应的薛定谔方程,计算得出体系J≤10的束缚态能级及微波谱跃迁频率,并通过跃迁频率拟合得到相应的光谱常数.     

自由基ClO和ClO_2的解析势能函数

运用密度泛函(B3LYP)方法,分别选用6-311+G(3df)和aug-cc-pV6Z基组,对ClO自由基和O_2分子进行了计算,并拟合了其M-S势能函数.采用密度泛函方法(B3LYP)在6-311G(3df)基组下对ClO_2自由基的结构进行了优化计算,得到:ClO_2自由基的稳态结构为C_(2v)构型,电子态为~2B_1、平衡核间距R_(clo)=0.14785 nm、键角/OClO=117.3107°、离解能D_e=2.7552 eV、基态振动频率ν_1(a_1)=451.3423 cm~(-1),v_2(a_1)=970.8289 cm~(-1),ν_3(b_2)=1123.5023 cm~(-1).采用多体项展式理论推导了ClO_2自由基的基态解析势能函数,其等值势能图准确再现了该分子的结构特征及其势阱深度与位置.分析讨论势能面的静态特征时得到:在ClO+O→ClO_2反应中存在两个对称的鞍点,分别位于(0.248 nm,0.152 nm)和(0.152 nm,0.248 nm)处,活化能为5.614 kcal/mol     

CH2Cl2分子中CH的摇摆振动与伸缩和弯曲振动的耦合

用傅立叶变换光谱仪和光学长程装置,记录了CH_2Cl_2分子振动量子数v=1～4的红外吸收光谱(1200～12000 cm~(-1)),归属出CH的伸缩(v_1,v_6)振动和弯曲(v_2)振动和CH_2基团相对于CCl_2基团的摇摆振动(v_8)的泛频和合频能级共47个。考虑了摇摆振动与伸缩和弯曲振动的耦合,使用简正模模型对v_1,v_2,v_6和v_8这四种振动模式的泛频和合频能级进行了拟合,得到了非谐性常数和费米(Fermi)共振和达宁-丹尼生(Darling-Dennison)共振系数。结果表明,摇摆振动与伸缩振动之间的Fermi共振(k_(188)=-254.63 cm~(-1))大于弯曲振动与伸缩振动之间的Fermi共振(k_(122)=-54.87 cm~(-1))；伸缩振动之间的Darling-Dennison共振(k_(1166)=-215.28 cm~(-1))大于弯曲振动与摇摆振动之间的Darling-Dennison共振(k_(2288)=-5.72 cm~(-1))。用拟合得到的光谱参数计算出CH_2Cl_2分子的振动能级,与实验数据很好地符合。     

Ar-CS_2体系势能面和微波谱的从头算研究

本文采用单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇CCSD(T)方法,使用了扩展的相关一致基组aug-cc-p VTZ,并且加入了(3s3p2d2f1g)中心键函数,计算得到Ar-CS2体系的势能面.结果显示势能面有一个全局极小值和两个等价的局域极小值,为T型结构.全局极小值位于R=6.936 a0,θ=90°处,势能为-273.89 cm~(-1).两个局域极小值分别位于θ=0°和180°,R=9.960 a0的位置上,势能为-165.391 cm~(-1).在该势能面的基础上,通过求解体系的薛定谔方程,计算出体系(J≤10)的束缚态能级及微波跃迁频率,拟合得到体系的光谱常数,与实验结果吻合较好.     

Kr-CS2体系势能面及束缚态能级的理论研究

本文采用单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇CCSD(T)方法,对C、S原子采用aug-cc-PVTZ基组,对Kr原子采用cc-PVTZ –DK基组,并且加上中心键函数(3s3p2d2f1g),计算得到Kr-CS2体系的势能面。该势能面为T型结构,存在一个全局极小值和两个等价的局域极小值。全局极小值位于R =7.05 a0,θ= 90°处,势能值为-396.194 cm-1。两个局域极小值分别位于R = 10.15 a0,θ= 0°和180°处,势能为-243.647 cm-1。利用该势能面,通过数值求解相应的薛定谔方程,计算得出体系J≤10的束缚态能级及微波谱跃迁频率,并通过跃迁频率拟合得到相应的光谱常数。     

Na2H的基态结构与势能函数

采用二次组态相关(QCISD)方法对NaH分子进行理论计算,得到它的几何结构、光谱性质,并拟合出它的Murrell-Sorbie势能函数.应用密度泛函(B3LYP)方法,在6-311G(3df,3pd)基组水平上对Na2H分子的基态结构进行优化,并用同样的基组对该分子进行了进一步的频率计算.结果发现Na2H分子的基态稳态结构为C2v构型,采用多体项展式理论导出了它的解析势能函数,其等值势能图准确再现了Na2H分子的结构特征和离解能.并报导了该分子对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点,对应于反应NaH Na→Na2H,活化能大约为14.56 kJ/mol.     

尼古丁分子的能级结构和光谱计算

研究尼古丁分子的能级结构与光谱特征,对更好地了解尼古丁分子的毒性和药性有理论指导作用.基于密度泛函理论(DFT),本文利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G(d,p)基组水平上对尼古丁分子进行结构优化,再采用含时密度泛函理论(TD-DFT)在乙醇溶剂中计算尼古丁分子的15个激发态.使用Multiwfn波谱分析软件对分子前线轨道进行计算,并绘制出分子的红外谱图和紫外谱图.通过前线轨道分析可知,尼古丁分子的亲核位点是吡啶环上的C3和N6、亲电位点是吡咯环上的N22.吡啶环上的C-H、N-H键面内伸缩振动峰主要集中在3049～3079 cm~(-1),吡咯环上的甲基、亚甲基的伸缩振动峰主要集中在2796～3005 cm~(-1),其中在2816 cm~(-1)处甲基上C-H键振动峰最为明显,占比43.3%;吡咯环与吡啶环的摆动峰主要集中在1027～1455 cm~(-1),吡啶环的面内振动峰主要集中在1008～1027 cm~(-1),在800 cm~(-1)以下吸收峰都为吡啶环的面外摆动峰.紫外光谱的最大吸收峰位于173.46571 nm处,主要是由基态S0跃迁到激发态S5、S6、S10、S11、S12、S13、S14形成的,其中基态S0跃迁到激发态S11的贡献最大,其余激发态跃迁振子强度小于0.03,为禁阻跃迁.     

SeOx(x=1,2)的从头算势能曲线和光谱常数

采用从头算的多种方法和基组优化计算SeO_x(x=1,2)自由基的基态结构、谐振频率及离解能,优选出QCISD(T)/6-311+G(2df)、B3LYP/6-311G(3d2f)方法分别对SeO、SeO₂自由基进行计算,计算结果与实验结果吻合很好.对SeO自由基拟合出Murrell-Sorbie势能函数参数,计算出SeO自由基的光谱常数和力常数.计算出SeO₂自由基力常数,导出SeO₂自由基的多体展式势能函数,发现SeO₂自由基对称伸缩振动势能图中在对称的O+SeO→SeO₂反应通道上有一鞍点,其活化能约为48.24 kJ·mol^-1,O原子需要越过0.5 eV的能垒才能生成SeO₂的稳定结构.     

Ar-CS2体系势能面和微波谱的从头算研究

本文采用单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇CCSD(T)方法,使用了扩展的相关一致基组aug-cc-pVTZ,并且加入了(3s3p2d2f1g)中心键函数,计算得到Ar-CS2体系的势能面。结果显示势能面有一个全局极小值和两个等价的局域极小值,为T型结构。全局极小值位于R = 6.936 a0,θ=90º 处,势能为-273.89 cm-1 。两个局域极小值分别位于θ=0º 和θ=180º ,R = 9.960 a0 的位置上,势能为-165.391 cm-1。在该势能面的基础上,通过求解体系的薛定谔方程,计算出体系( J≤10)的束缚态能级及微波跃迁频率,拟合得到体系的光谱常数,与实验结果吻合较好。     

用耦合簇理论及相关一致基研究NH2自由基的解析势能函数

运用CCSD(T)理论和Dunning等的系列相关一致基对NH2分子的基态结构进行了优化, 并使用优选出的cc-pV5Z基组对其进行了频率计算. 得到的结果是: 平衡核间距RNH= 0.10247 nm, 键角∠HNH = 102.947°, 离解能De = 4.2845 eV, 振动频率ν1(a1) = 1546.0342 cm-1, ν2(a1) = 3379.5543 cm-1和ν3(b2) = 3474.4784 cm-1. 对NH及H2分子, 使用优选出的cc-pV6Z基组对其基态的几何构型与谐振频率进行了计算并进行了单点能扫描, 且将扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbie函数. 采用多体项展式理论导出了NH2分子的解析势能函数, 其等值势能图准确再现了NH2分子的离解能和结构特征. 报导了NH2分子对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点, 对应于反应NH+H→NH2, 势垒高度约为0.1378×4.184 kJ/mol.     

尼古丁分子的能级结构和光谱计算

研究尼古丁分子的能级结构与光谱特征,对更好地了解尼古丁分子的毒性和药性有理论指导作用．基于密度泛函理论(DFT),本文利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G(d,p)基组水平上对尼古丁分子进行结构优化,再采用含时密度泛函理论(TD-DFT)在乙醇溶剂中计算尼古丁分子的15个激发态．使用Multiwfn波谱分析软件对分子前线轨道进行计算,并绘制出分子的红外谱图和紫外谱图．通过前线轨道分析可知,尼古丁分子的亲核位点是吡啶环上的C3和N6、亲电位点是吡咯环上的N22．吡啶环上的C-H、N-H键面内伸缩振动峰主要集中在3049～3079 cm~(-1),吡咯环上的甲基、亚甲基的伸缩振动峰主要集中在2796～3005 cm~(-1),其中在2816 cm~(-1)处甲基上C-H键振动峰最为明显,占比43.3%;吡咯环与吡啶环的摆动峰主要集中在1027～1455 cm~(-1),吡啶环的面内振动峰主要集中在1008～1027 cm~(-1),在800 cm~(-1)以下吸收峰都为吡啶环的面外摆动峰．紫外光谱的最大吸收峰位于173.46571 nm处,主要是由基态S0跃迁到激发态S5、S6、S10、S11、S12、S13、S14形成的,其中基态S0跃迁到激发态S11的贡献最大,其余激发态跃迁振子强度小于0.03,为禁阻跃迁.     

用耦合簇理论及相关一致基研究NH2自由基的解析势能函数

运用CCSD(T)理论和Dunning等的系列相关一致基对NH2自由基的基态结构进行了优化,并使用优选出的cc-pV5Z基组对其进行了频率计算.得到的结果是:平衡核间距RNH=0.10247 nm,键角∠HNH=102.947°,离解能De=4.2845 eV,振动频率ν1(a1)=1546.0342 cm-1,ν2(a1)=3379.5543 cm-1和ν3(b2)=3474.4784 cm-1.对NH自由基及H2分子,使用优选出的cc-pV6Z基组对其基态的几何构型与谐振频率进行了计算并进行了单点能扫描,且将扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbic函数.采用多体项展式理论导出了NH2自由基的解析势能函数,其等值势能图准确再现了它的离解能和结构特征.报导了NH2自由基对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点,对应于反应NH+H→NH2,势垒高度约为0.1378×4.184 kJ/mool.     

用耦合簇理论及相关一致五重基研究SiH2(X1A1)自由基的解析势能函数

运用单双迭代三重激发耦合簇理论和相关一致五重基对SiH2的基态结构进行了优化,并在优化结构的基础上进行了离解能和振动频率的计算.结果表明:SiH2的基态为C2v结构,平衡核间距RSi-H=0.15163 nm,H-Si-H键的键角α=92.363°,离解能De(HSi-H)=3.2735 eV,频率ν1(a1)=1020.0095 cm -1,ν2(a1)=2074.8742cm-1,ν3(a1)=2076.4762cm-1.这些结果与实验值均较为相符.对H2的基态使用优选出的cc-pV6Z基组、对SiH的基态使用优选出的aug-cc-pV5Z基组进行几何构型与谐振频率的计算并进行单点能扫描,且将扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbie函数.与实验结果及其他理论计算结果的比较表明,本文关于SiH自由基光谱常数(De,Re,ωe,Be,αe和ωeχe)的计算结果达到了很高的精度.采用多体项展式理论导出了SiH2(C2v,X1A1)自由基的解析势能函数,其等值势能图准确再现了它的离解能和平衡结构特征.同时还给出了SiH2(C2v,X1A1)自由基对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点,对应于SiH+H→SiH2反应,势垒高度为0.5084 eV.     

用耦合簇方法及相关一致基研究PH2(X2B1)自由基的解析势能函数

利用耦合簇方法和Dunning等提出的系列相关一致基对PH2自由基的基态结构进行优化,并使用优选出的cc-pV5Z基组对其进行频率计算.结果表明,平衡核间距RP-H=0.14185 nm,键角αHPH=91.8624°,离解能De(HP-H)=3.483 eV,对称伸缩振动频率ν1(a1)=2399.9781cm-1,弯曲振动频率ν2(a1)=1128.4213 cm-1,反对称伸缩振动频率ν3(b2)=2407.8374 cm-1.在此基础上采用多体项展式理论导出了PH2自由基的解析势能函数,其等值势能图准确再现了PH2自由基分子的平衡结构特征和动力学特征.     

HIO3分子的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论对于HIO3分子的异构化及其消去反应势能面进行了细致的研究.B3LYP结合混合基组,对于O和H原子使用6-311 G(3df,3pd)基组,对于I原子使用3-21G基组,进行结构优化,振动频率计算以及电子拓扑学分析.在势能面上八个稳定的异构体结构被找到,经过计算稳定性如下:HOIO2-1>HOOOI-2>HOOOI-1>HOIOO-1>HOIOO-2>HOIO2-2>HIO3-1>HIO3-2,此外,势能面上存在三种稳定的松散复合物.对于势能面上IO HO2,OIO OH和IOO OH的反应机理进行了详细的讨论.利用振动模式分析的方法对于反应物,中间体,过渡态以及产物之间的关系进行明确的分析.此外,还应用电子密度拓扑学对于异构化及其消去过程进行分析.     

用耦合簇理论及相关一致五重基研究H2S(C2v,X1A)的解析势函数

运用CCSD(T)理论和相关一致五重基对基态H2S分子进行了结构优化以及离解能和频率的计算. 得到的结果是: 该分子的基态为C2v结构, 平衡核间距RS-H = 0.13374 nm, 键角∠HSH = 92.3837°, 离解能D0(H-SH) = 3.8999 eV, 频率υ1(a1) = 1121.1865cm-1, υ2(a1) = 2727.5121 cm-1, υ3(a1) = 2742.8342 cm-1. 这些结果与实验结果均较为相符. 对H2(X1Σ+g)分子使用cc-pV6Z、对SH(X2Π)自由基使用aug-cc-pV5Z基组进行几何优化和谐振频率的计算并进行单点能扫描, 且将单点能扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbie函数. 与实验结果及其它理论结果的比较表明, 本文关于SH(X2Π)自由基光谱常数(De, Re, ωe, Be, αe和ωeχe)的计算结果达到了较高的精度. 采用多体项展式理论导出了H2S(C2v, X1A')分子的解析势能函数, 其等值势能图准确再现了该分子的离解能和平衡结构特征. 报导了H2S(C2v, X1A')分子对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点, 对应于反应SH+H→SH2, 势垒高度为0.1680×4.184 kJ/mol.     

用耦合簇理论及相关一致五重基研究H2S(C2v,X1A′)的解析势函数

运用CCSD(T)理论和相关一致五重基对基态H2S分子进行了结构优化以及离解能和频率的计算.得到的结果是:该分子的基态为C2v结构,平衡核间距RS-H =0.13374 nm,键角∠HSH=92.3837°,离解能D0(H-SH)=3.8999 eV,频率υ1(a1)=1121.1865 cm-1,υ2(a1)=2727.5121 cm-1,υ3(a1)=2742.8342 cm-1.这些结果与实验结果均较为相符.对H2(X1Σ+g)分子使用cc-pV6Z、对SH(X2Π)自由基使用aug-cc-pV5Z基组进行几何优化和谐振频率的计算并进行单点能扫描,且将单点能扫描结果拟合成了解析的Murrell-Sorbie函数.与实验结果及其它理论结果的比较表明,本文关于SH(X2Π)自由基光谱常数(De,Re,ωe,Be,αe和ωeχe)的计算结果达到了较高的精度.采用多体项展式理论导出了H2S(C2v,X1A′)分子的解析势能函数,其等值势能图准确再现了该分子的离解能和平衡结构特征.报导了H2S(C2v,X1A′)分子对称伸缩振动等值势能图中存在的两个对称鞍点,对应于反应SH+H→SH2,势垒高度为0.1680×4.184 kJ/mol.     

H_2Se(~1A_1)分子的解析势能函数

使用密度泛函B3LYP方法和6-311++G~(**)基组,在优化H_2Se(~1A_1)基态结构,确定其正确离解极限,计算所有两体项和三体项参数基础上,建立了H_2Se(~1A_1)的多体项展式解析势能函数.其中对处于激发态两体项HSe(A~2∑~+)的计算,则使用对称匹配耦合簇一组态相关SAC—CI方法.H_2Se(~1A_1)的等值势能图准确地表现了其结构和势能面的特征.