迭代的多组态相互作用方法

本文提出了迭代的组态相互作用方法(IMRCI). IMRCI被用来计算H₂O和CH₂(单重态和三重态)在平衡态和远离平衡时的电子能量. IMRCI、MP2、MP3、MP4、CCSD和CCSD(T)还用来计算H₂O、CH₂(单重态和双重态)和N₂的势能曲线. 这些计算结果表明IMRCI的结果不依赖初始的多参考态组态函数,并能较快地收敛到完全组态相互作用的计算结果. 相比完全组态相互作用的结果,仅需2至4次迭代,IMRCI的误差就能达到10^-5 hartree数量级. 另外,IMRCI还提供了寻找势能面上主要电子组态的一个有效途径. 这将有助于单参考态和多参考态理论模型得到准确的计算结果.     

O_2分子B~3Σ_u~-态势能曲线的从头计算

B~3Σ_u~-态是O_2的最强的三重跃迁(B~3Σ_u~-←XΣ_g~-)Schumann-Runge(SR)带的上态,SR吸收带在保护地球、阻止紫外辐射等方面起着关键作用.SR连续带的光解离是平流层O原子及O_3的主要来源,掌握详细准确的O_2分子的电子态势能曲线,有助于对这些光谱现象的深入理解.本文通过MOLPRO软件,采用包含Davison修正的内收缩的多参考组态相互作用(ic MRCI+Q)方法,对O2的B~3Σ_u~-态的势能曲线进行了计算,采用的多参考组态函数来自完全活性空间自洽场计算.首先,采用共价组态构成多参考组态,对和B~3Σ_u~-态对称性相同的四个态进行了态平均计算,发现B3Σ_u~-态不存在双势阱结构,文献(Spectrochimica Acta Part A:Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2014 124 216)中双势阱的产生是根的振荡(root flipping)造成的,即B~3Σ_u~-态的势能曲线在核间距约为0.2 nm处跳变到能量相近的23?态的势能曲线上.本文中的态平均计算避免了这种根的振荡.接着,采用完全活性空间组态相互作用的方法计算B~3Σ_u~-态的势能曲线,通过改变活性空间的轨道组成,发现带有2π_u轨道电子布居的里德伯组态对B~3Σ_u~-态的束缚态的特征的出现是必不可少的.最后,通过将2π_u轨道加入到活性空间中,实现将相关的里德伯组态加入到多参考组态,对B~3Σ_u~-态的势能曲线进行了icMRCI+Q计算,得到相较于以往的理论计算与实验值更加相近的势能曲线以及光谱常数.本文探讨里德伯组态贡献的过程为如何确定多参考组态相互作用计算中的参考组态、提高理论计算的准确度提供了可以借鉴的途径.     

丙酮单重激发态C=O解离的理论研究

运用多参考微扰(MR)理论优化了丙酮基态和两个低激发态的稳定构型,解释了其构型的合理性;分别用含时密度泛函(TDDFT)和单电子激发组态相互作用(CIS)方法计算丙酮垂直激发能与实验值进行比较,发现TDDFT方法计算的结果与实验数据符合得最好.对丙酮基态和单重激发态C=O键的势能面进行扫描,分析其解离通道;对于丙酮单重激发态,1A1态的通道(3a)发生C=O解离几率最高.     

OH+C_2H_3F的反应机理及产物支化比反应的理论研究（英文）

木文对HOC_2H_3F可能解离通道的势能面进行从头算CCSD(T)/CBS//B3LYP/6-311G(d,p)计算,同时对速率常数进行Rice-Ra msperger-Kassel-Marcus计算.生成主要产物CH2CHO+HF最有利的反应途径是OHC_2H_3F→i2→TS14→i6→TS9→i3→TS3→CH_2C HO+HF,其中速率决定步骤是HF通过TS11从CO桥接位置解离,能量比反应物高3.8 kcal/mol.借助中间态TS14,F原子从C_β迁移到C_α位置生成CH_2O+CH_2F,然后通过中间态TS16,H从O迁移到C_α位置;通过中间态TS5,C-C键断裂生成产物,其能量比反应物低1.8 kcal/mol,比TS11低4.0 kcal/mol.     

icMRCI+Q理论研究Cl_2~+离子 X~2Π_g和A~2Π_u态的光谱性质

利用考虑Davidson修正的内收缩多参考组态相互作用(icMRCI+Q)方法结合相关一致基组aug-cc-pV6Z计算了Cl_2~+离子X~2Π_g和A~2Π_u态及其它们所产生的4个Ω态的势能曲线.为了提高势能曲线的可靠性和精确性,计算中考虑了旋轨耦合效应、核价相关和标量相对论修正.基于得到的势能曲线,获得了X~2Π_g、A~2Π_u态和4个Ω态的光谱常数和振动能级,与已有的实验结果非常符合.分析表明首次报道的A~2Π_(u,1/2)态的光谱常数以及X~2Π_g, A~2Π_u, A~2Π_(u,3/2)和A~2Π_(u,1/2)态的振动能级也应是可靠的.     

F和CH_3OH多通道反应的速率常数与分支比的研究（英文）

F和CH_3OH有两个夺氢反应通道,分别生成HF+CH_3O和HF+CH_2OH.尽管这两个通道都没有能垒,但前一个通道即生成HF+CH_3O的反应分支比远远高于期望的统计平均值(四分之一).不同实验测得的分支比不仅相去甚远,而且定量上与早期由过渡态理论(稳定点信息在MP2以及G2理论水平下计算得到)得到的计算结果也不符合.此前在CCSD(T)-F12a/AVDZ水平上计算得到了121000个几何构型的能量,采用对易不变多项式结合神经网络的方法拟合得到了该体系的全维高精度势能面.本文采用该势能面,结合准经典轨线动力学方法,对该反应的反应速率常数和反应分支比进行了理论研究,得到的结果与实验吻合.由于反应没有能垒,理论计算结果表明反应速率常数随温度升高而有微弱的下降趋势.     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

CH_3CH_2O及CH_3CHOH与HO_2反应机理的理论研究

采用CCSD(T)/cc-p VTZ//B3LYP/6-311++G(2df,2p)水平上对CH_3CHOH+HO_2和CH_3CH_2O+HO_2反应体系的单、三重态反应机理进行了详细的理论研究.计算结果表明,CH_3CHOH+HO_2反应主要发生在单重态势能面上,其中四条通道均为快速自发过程;CH_3CH_2O+HO_2反应在三重态势能面上的通道CH_3CH_2O+HO_2→~3IM11→~3TS11→P11(CH_3CH_2OH+~3O_2)为动力学和热力学的优势路径.大气中CH_3CHOH比CH_3CH_2O更容易稳定存在.     

LiC分子基态及其低电子激发态的多参考组态相互作用方法研究

采用包含Davidson修正的多参考组态相互作用(MRCI+Q)方法结合6-311++G(3df,3pd)基组计算了LiC分子基态(X4Σ-)以及五个低电子激发态(a2Π,b2Δ,c2Σ-,d2Σ+,A4Π)的势能曲线.将得到的势能曲线拟合到Murrell-Sorbie解析势能函数形式,确定了对应态的平衡结构Re、谐振频率ωe和离解能De等光谱数据,计算值与仅有的几个其他结果进行了比较.通过求解核运动的薛定谔方程首次报道了LiC分子几个低电子态在J=0下的振动能级、转动惯量和六个离心畸变常数(Dν,Hν,Lν,Mν,Nν和Oν).     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

Li2、LiH的激发态和Li2H的基态结构与势能函数

使用“对称性匹配簇-组态相互作用”方法,对Li2分子三重态的第一激发态、LiH分子的基态、单重态的第一和第二激发态的几何构型与谐振频率进行了优化计算.利用“群操作求和”方法分别对这4个态进行单点能扫描计算,并拟合出了相应各态的Murrell-Sorbie势能函数.使用多种方法对Li2H分子的基态结构进行优化,并用优选出的密度泛函(B3P86)方法对该分子进行了进一步的频率计算.结果发现Li2H分子的基态稳态结构为C2v构型,在此基础上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Li2H分子的结构特征和离解能.首次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LiH Li→Li2H,活化能大约为18.7×4.184 KJ/mol.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、 B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、 H_2O分子分别在LBⅢ位、 SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、 5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

多参考组态相互作用方法研究ZnHg低激发态(1Ⅱ,3Ⅱ)的势能曲线和解析势能函数

采用多参考组态相互作用方法计算了ZnHg二聚体两个低激发Ⅱ态(1Ⅱ,3Ⅱ)的原子间相互作用势能曲线.用Murrel-Sorbie函数拟合得到了相应的解析势能函数,并用其计算力常数,进而确定了光谱常数.所得结果与仅有的理论工作进行了比较.基于所得势能曲线,通过解分子中原子核运动的薛定谔方程预测了各电子态的振动能级.     

二溴卡宾与CH3OH多通道反应的理论计算

对单、三重态CBr2与CH3OH的多通道反应进行了理论计算. 在b3lyp/6-311g*水平上优化了势能面上构型并进行了构型确认. 计算了各物种经零点能校正的CCSD(T)能量. 结果表明, 单重态CBr2既可以与O－H键插入生成1,1-二溴代甲醚P1 (CH3OCHBr2), 也可以与C－H键插入生成2, 2-二溴代乙醇P3(Br2HCCH2OH). 同时, 存在单重态CBr2与CH3OH抽提双氢生成Pabs(CH2O+CH2Br2)的反应. 采用统计热力学及Wigner校正的Erying理论研究了主反应通道的热力学及动力学性质, 并对反应通道上的关键点进行了NBO和AIM分析.     

二溴卡宾与CH3OH多通道反应的理论计算

对单、三重态CBr2与CH3OH的多通道反应进行了理论计算. 在b3lyp/6-311g*水平上优化了势能面上构型并进行了构型确认. 计算了各物种经零点能校正的CCSD(T)能量. 结果表明, 单重态CBr2既可以与O－H键插入生成1,1-二溴代甲醚P1 (CH3OCHBr2), 也可以与C－H键插入生成2, 2-二溴代乙醇P3(Br2HCCH2OH). 同时, 存在单重态CBr2与CH3OH抽提双氢生成Pabs(CH2O+CH2Br2)的反应. 采用统计热力学及Wigner校正的Erying理论研究了主反应通道的热力学及动力学性质, 并对反应通道上的关键点进行了NBO和AIM分析.     

SnO分子的X~1∑~+,a~3Π和A~1Π态的势能曲线与光谱性质

对O原子以aug-cc-pvTZ为基组,Sn原子以aug-cc-pvTZ-PP为基组,分别采用多参考组态相互作用方法(MRCI)及运用Davidson修正的多参考组态相互作用方法对SnO分子基态X~1Σ~+及两个激发态a~3Π和A~1Π态的势能曲线进行计算,进而得到了各态的平衡键长R_e,谐振频率w_2,非谐振常数ω_ex_e,转动常数B_r,垂直跃迁能T_e以及离解能D_e,通过群论原理确定了各电子状态和离解通道,计算结果表明:3个电子态有共同的离解通道,即Sn(~3p)+O(~3p);利用Level程序对势能曲线进行拟合得到的光谱数据表明,MRCI方法的计算结果与实验值符合更好;通过求解核运动的Schrodinger方程得到了J=0时这三个电子态的前30个振动态的B_v和D_v等分子常数和振动能级E。     

反应体系F+H2→HF+H的一个全域从头算势能面

采用多参考组态相互作用方法和 aug-cc-pV5z 基组并虑及 Davidson 修正计算了反应体系 F H_2→HF H 的约15,000个对称性唯一的构型点的势能值,并利用三次样条插值发展了该体系的三维全域势能面.在反应入口通道,还考虑了旋轨耦合效应.     

从头计算研究BCl+基态和激发态的势能曲线和光谱性质

基于相关一致极化4zeta(aug-cc-pVQZ)基组, 应用量子化学从头计算中高水平的多参考组态相互作用方法计算了BCl⁺ 两个离解极限B⁺(¹S_g)+Cl(²P_u)和B (²P_u)+Cl⁺ (³P_g)的14个Λ-S态势能曲线. 在计算中考虑了Davidson修正(+Q)和标量相对论效应, 并首次在计算中考虑了BCl⁺ 的旋轨耦合效应, 获得了由能量最低的4个Λ-S态分裂出的7个Ω 态. 计算结果表明相同对称性的Ω 态的势能曲线存在着非常明显的避免交叉. 通过分析Λ-S态的电子结构, 得到了各态的电子跃迁特性, 并确认了电子态的多组态性质. 使用LEVEL程序通过求解径向的Schrödinger方程得到了束缚Λ-S 和Ω态的光谱参数D_e, R_e, T_e, ω_e, ω_eχ_e和B_e. 通过和已有的Λ-S态X²∑⁺ 的实验数据进行对比发现, 本文所得的计算结果与实验结果非常一致. 而文中其他电子态的光谱参数均为首次报道. 关键词： 势能曲线 光谱参数 多参考组态相互作用方法 旋轨耦合     

Be-CO体系的相互作用势和光谱预测（英文）

采用单双迭代(包括非迭代三重激发)耦合簇CCSD(T)理论方法和大基组,计算Be-CO体系的相互作用势,得到该体系势能面的解析表达.发现在R_e=8.29a0和θ_e=115.42°处存在的一个全局极小势阱,阱深-69.21cm~(-1),势能面呈现较弱的各项异性.根据势能面,计算了体系的束缚态能级和其光谱常数.