双分子反应中的范德华作用（英文）

本文综述了近年来双分子反应中范德华作用的理论和实验研究进展.对于直接的活化反应和形成络合物的反应中范德华力对动力学的显著影响深化了人们的认识的研究工作进行了回顾,并进一步讨论了涉及更多原子的反应以及在低温和超低温条件下的反应.无论是对于从头算还是势能面拟合而言,准确描述势能面的范德华区域的结构以及长程势仍是当前挑战性的工作.此外,本文还对最近提出的"范德华鞍"的概念作了阐明,该概念可能具有一般的意义.     

基于最新势能面的C(~1D)+H_2反应的环聚合分子动力学研究（英文）

本文利用环聚合分子动力学方法对C(~1D)+H_2反应开展了详细的理论研究.计算中使用了最近构建的Zhang-Ma-Bian(ZMB)从头算势能面,该势能面对锥形交叉附近区域以及范德华区域均有精确的描述.环聚合分子动力学计算得到的热反应速率常数与最新实验值吻合很好.与前人计算结果比较,发现在?~1A'电子基态的ZMB-a势能面上获得的反应速率常数远大于前人构建的RKHS势能面上的结果,这是由于ZMB势能面上的范德华鞍具有与之前势能面上的范德华阱完全不同的动态学作用,表明环聚合分子动力学方法能够处理范德华作用引起的势能面拓扑结构所导致的动态学效应.本文还揭示了b~1A"电子激发态ZMB-b势能面以及量子效应对反应的重要性.     

基于最新势能面的C(1D)+H2反应的环聚合分子动力学研究

本文利用环聚合分子动力学方法对C(¹D)+H₂反应开展了详细的理论研究. 计算中使用了最近构建的Zhang-Ma-Bian(ZMB)从头算势能面,该势能面对锥形交叉附近区域以及范德华区域均有精确的描述. 环聚合分子动力学计算得到的热反应速率常数与最新实验值吻合很好. 与前人计算结果比较,发现在?¹A′电子基态的ZMB-a势能面上获得的反应速率常数远大于前人构建的RKHS势能面上的结果,这是由于ZMB势能面上的范德华鞍具有与之前势能面上的范德华阱完全不同的动态学作用,表明环聚合分子动力学方法能够处理范德华作用引起的势能面拓扑结构所导致的动态学效应. 本文还揭示了b¹A′′电子激发态ZMB-b势能面以及量子效应对反应的重要性.     

范德华分子He－X（X＝F，Cl，I）的解析势能函数

范德华分子势能函数的研究在原子分子领域具有重要的意义。此文应用Ｇａｕｓｓｉａｎ９２计算程序，计算了ＨｅＦ，ＨｅＣｌ和ＨｅＩ三个范德华分子的势能函数值，并通过最小二乘的方法拟合出了它们的解析势能函数     

Fe_2和NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe_2铁簇与NO反应的相关微观机理.全参数优化了八重态以及十重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面(PESs).用"两态反应"分析反应机理,势能面上的两个交叉点能有效地降低反应的活化能,这在动力学上和热力学上都是有利的.N原子脱离化合物为整个反应的速控步骤.     

范德华分子He—X（X=F,Cl,I）的解析势能函数

范德华分子势能函数的研究在原子分子领域具有重要的意义。此文应用Ｇａｕｓｓｉａｎ９２计算程序，计算了ＨｅＦ，ＨｅＣｌ和ＨｅＩ三个范德华分子的势能函数值，并通过最小二乘的方法拟合出了它们的解析势能函数。     

人为扰动的模型势函数及其动力学特征（英文）

目前,结合高精度从头算方法和全维量子动力学计算,对四原子气相反应,理论计算可以获得与实验结果完全一致的结果.一般情况下,一个精确的量子动力学模拟需要一个精确的势能面,但是在实际的计算当中,势能面的拟合误差是不可避免的.在本文中,我们考察了在模型势能面外加各种扰动时的动力学反应行为,在2维的势能面上进行了量子动力学计算.反应速率常数对近反应能垒区域或最小能量反应路径上的干预是较为敏感的,但是在势能面上的其它地方加入的外加干扰对反应速率影响不大.本文给出一个比较重要的和比较简单的结论,在量子动力学模拟中,在精确的势能面上增加相关的扰动,会帮助我们更深入地理解给定类型的反应,对于一个特定体系,其精确势能面上可以作为一个模型体系研究.     

对于"功"定义中的一点看法

有一个版本的新课标教材中"功"的概念是从动能和势能的变化角度来定义的,即"物体在力的作用下,动能或势能发生了变化,我们就说力对物体做了功."它对于解释物体在运动中高度或速度有变化的情况还比较方便.然而,当一力作用于物体使之在水平面上匀速运动时,由于其动能或势能并未发生变化,由此则会得出"此力不对物体做功"的错误结论,可见这个版本教材功的定义不能涵盖此种情况,具有局限性.     

铁原子与SO_2反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了铁原子与SO_2在三重态以及五重态反应势能面上的反应机理.全参数优化了三重态以及五重态反应势能面上各驻点的几何构型,并用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的反应势能面曲线和微观反应路径.结果表明,铁原子与SO2在三重态与五重态反应势能面上的几何构型相似,三重态的能量均比五重态高,说明铁原子与SO_2的反应主要在五重态反应势能面上进行.整个体系为放热反应,反应的活化能为30.6 k Cal/mol.     

铁原子与NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算研究铁原子与NO反应的相关微观反应机理.全参数优化了四重态和六重态反应势能面上各驻点的几何结构,用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的反应势能面曲线,并讨论了势能面的交叉情况.结果表明,该反应为典型的两态反应,反应通道一中出现了一个势能交叉点,反应通道二中出现了两个势能交叉点,反应通道三中出现了三个势能交叉点.势能面上的交叉点能够有效降低反应的活化能,增加反应放热,这在动力学和热力学上都是有利的.     

构建光谱学精度的从头算偶极矩函数的基组依赖性

最近,人们对使用理论方法构建偶极矩函数给予了更多关注. 然而,构建偶极矩函数的计算方法并没有像势能面的计算方法那样得到充分测试. 本文以Ar-He为例,测试了如何用从头算方法构建达到光谱学精度的偶极矩函数. 特别关注了基组依赖性,即偶极矩函数随基组大小、基组叠加误差和键函数的收敛性. 本文还测试了显相关的方法在构建偶极矩函数的表现,相比传统方法,显相关方法在更小的基组即可收敛. 本文为使用不同从头算方法构建偶极矩函数提供了直观的对比.     

从单分子到凝聚相水体系的理论描述：势能面和分子动力学最新进展

本文回顾了近十年来水体系的势能面与分子动力学理论研究的最新进展,包括水分子参与的气相反应,固体表面上的吸附与解离动力学,以及从团簇到凝聚相水的结构、振动光谱与统计力学模拟. 近年来再次发展起来的机器学习技术,例如结合置换不变多项式的神经网络,或结合基本不变量的神经网络,已被成熟应用于气相与固体表面体系的高精度势能面构造中. 对于团簇甚至凝聚相水体系,原子中心神经网络方法或基于核的高斯过程方法应用更为广泛. 此外,在多体展开框架下,在气相体系中发展起来的的方法也组成了高维度体系势函数构造的高精度方案. 当前凝聚相水体系面临的主要问题是高精度从头算数据集的积累,兼顾计算精度与效率的双杂化密度泛函是一种可能的解决方案. 在动力学理论方面,无论是化学反应截面计算还是振动光谱模拟,往往需要合理描述水分子中氢原子的量子效应,才能得到较为可靠的理论计算结果. 量子波包动力学方法已经在气相反应机理研究方面有深入的应用,也在包含数个水分子的团簇振动分析中有初步应用. 基于路径积分的分子动力学方法正在较大水团簇以及凝聚相水的结构与谱学模拟方面发挥重要作用.     

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.     

铂表面甘油脱除羟基的从头算分子动力学研究

随着生物质能源的开发,从生物柴油制备中大量获取的甘油成为热门的工业原材料. 甘油可以通过氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇两种丙二醇,这两种丙二醇都具有十分广泛的用途. 实验上报道的众多相关金属催化剂中,铂具有性质稳定、不易失活、可活化氢分子提供氢原子等优点. 此外甘油在铂上氢解生成1,2-丙二醇的选择性高于1,3-丙二醇. 本文主要利用从头算分子动力学对甘油在Pt(111)和Pt(211)表面上发生的羟基解离过程进行了模拟计算,并对比分析了其自由能的变化和表面物种结构参数的变化,得出了以下结论：(i)密度泛函理论优化气相甘油分子结构的结果显示,氢键对于气相中分子的结构与能量有较大贡献,三个羟基形成三个分子内氢键结构时甘油分子能量最低;(ii)通过比较从头算分子动力学模拟得到的自由能能垒和反应自由能,可以得出,在Pt(111)和Pt(211)表面,末端碳上的羟基比中间碳上的羟基更容易发生解离. 这表明在类似的条件下,铂作为催化剂可以为1,2-丙二醇的生产提供更高的选择性,这与文献中报道的实验结果一致;(iii)通过对从头算分子动力学模拟得到的初始吸附态和过渡态结构参数的分析,发现在羟基解离的过程中,C-C键的键长没有明显变化,而氧原子的相对位置以及氢键的长度有明显变化,且氢键长度的变化更加剧烈;(iv)通过比较从头算分子动力学研究所得的自由能能垒和结构参数的相关趋势发现,自由能能垒与初始吸附态和过渡态的氧原子间位置的变化量之间存在线性关系,而分子内氢键对自由能能垒的贡献可以忽略不计. 氧原子间位置的变化越大,自由能能垒越高.     

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.     

First-principles Band Structures Calculation of Tin-phthalocyanine

SnPc(Tin-phthalocyanine)因在无机/有机二极管等光电结构器件中表现出了很多有趣的特性而备受关注.为了更深地理解载流子的传输特性,利用密度泛函理论,采用广义梯度近似(DFT-GGA),关联函数选择BLYP计算了SnPc的能带结构.从点波函数、能带带宽以及带隙分析了载流子的传输行为. 从前线轨道的带宽以及电子和空穴的有效质量,可以看到电子的传输要比空穴的传输容易两倍左右.而且,当研究费米能级附近的能带时,发现未占有带的带隙总体上要小于占有带的带隙,这表明在考虑声子参与的情况下,电子在带间的跳跃要比空穴容易得多.以上的事实说明SnPc是一种电子传输占主导的材料.     

Dynamical effects of spin-dependent interactions in low- and intermediate-energy heavy-ion reactions

It is well known that noncentral nuclear forces, such as the spin–orbital coupling and the tensor force, play important roles in understanding many interesting features of nuclear structures. However, their dynamical effects in nuclear reactions are poorly known because only the spin-averaged observables are normally studied both experimentally and theoretically. Realizing that spin-sensitive observables in nuclear reactions may convey useful information about the in-medium properties of noncentral nuclear interactions, besides earlier studies using the time-dependent Hartree–Fock approach to understand the effects of spin–orbital coupling on the threshold energy and spin polarization in fusion reactions, some efforts have been made recently to explore the dynamical effects of noncentral nuclear forces in intermediate-energy heavy-ion collisions using transport models. The focus of these studies has been on investigating signatures of the density and isospin dependence of the form factor in the spin-dependent single-nucleon potential. Interestingly, some useful probes were identified in the model studies but so far there are still no data to compare with. In this brief review, we summarize the main physics motivations as well as the recent progress in understanding the spin dynamics and identifying spin-sensitive observables in heavy-ion reactions at intermediate energies. We hope the interesting, important, and new physics potentials identified in the spin dynamics of heavy-ion collisions will stimulate more experimental work in this direction.     

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).     

Heavy ion induced charge exchange reactions: A preliminary study within the Constrained Molecular Dynamics model

We present a preliminary study of charge exchange heavy ion induced reactions based on the constrained molecular dynamics(CoMD) model.The purpose is to test the capability of the model in predicting the occurrence of single charge exchange(SCE) and double charge exchange(DCE) exit channels for three different entrance channels at the same laboratory incident energy.The nuclear reaction dynamics and nuclear interaction within the CoMD approach are the only ingredients that have given,at this stage,promising results for SCE and DCE cross section calculations.The obtained results suggest an upgrade and possible future employment of the model for studies relating to the production of exotic nuclei through charge exchange reactions or DCE reactions and their connection with neutrinoless double beta decay.     

How Does van der Waals Confinement Enhance Phonon Transport?

We study the mechanism of van der Waals(vdW)interactions on phonon transport in atomic scale,which would boost developments in heat management and energy conversion.Commonly,the vdW interactions are regarded as a hindrance in phonon transport.Here we propose that the vdW confinement can enhance phonon transport.Through molecular dynamics simulations,it is realized that the vdW confinement is able to make more than two-fold enhancement on thermal conductivity of both polyethylene single chain and graphene nanoribbon.The quantitative analyses of morphology,local vdW potential energy and dynamical properties are carried out to reveal the underlying physical mechanism.It is found that the confined vdW potential barriers reduce the atomic thermal displacement magnitudes,leading to less phonon scattering and facilitating thermal transport.Our study offers a new strategy to modulate the phonon transport.