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水合氢离子团簇和氢氧根离子团簇的理论研究

作　者: 孟祥凤
导　师: 杨忠志
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 水合氢离子氢氧根离子从头计算方法 ABEEM/MM模型
分类号: O641.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文应用高水平的从头计算方法和ABEEM/MM模型,研究了水合氢离子团簇H₃O⁺（H₂O）_n（n=1-6）,优化得到了低能构象,探讨了其结合能和稳定性,显示出H₃O⁺（H₂O）₃局域结构的优势存在。本文讨论了分别以H₃O⁺和H₂O₅⁺为中心的团簇的结构特点。对H₃O⁺（H₂O）_n（n=1-6）团簇的ABEEM电荷分布进行分析。通过对H₃O⁺（H₂O）₆Ⅵa构型的电荷分析表明,第一水合层水分子与水合氢离子之间的氢键相互作用要明显强于与第二水层水分子的氢键相互作用。研究结果表明,ABEEM/MM方法计算的结果和从头算得到的结果存在很好的一致性。本文应用从头算方法对H₃O⁺（H₂O）_n（n=1-6）的IR光谱进行研究。研究表明,同等大小的团簇的每个异构体的光谱是不一样的,H₃O⁺中OH键的伸缩振动对于离子存在的环境是很敏感的。通过比较H₃O⁺（H₂O）₃和H₃O⁺（H₂O）₄团簇的光谱,可知对于从Ⅲa到Ⅳb,在第二水合层加入一个水分子导致直接形成氢键的H₃O⁺的OH键的伸缩振动强度增大。本文应用高水平的从头算方法讨论了氢氧根离子团簇OH^-（H₂O）n（n=1-5）的性质,优化得到了低能构象,探讨了其结合能和稳定性。通过比较结合能可知,同等大小的形成的氢键结构相似的水合氢离子团簇与氢氧根离子团簇的构型,水合氢离子团簇要比氢氧根离子团簇稳定。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章前言  7-8
第二章基础理论和计算方法  8-33
  2.1 分子力学  8-19
    2.1.1 分子力学概述  8-9
    2.1.2 分子力场作用项的一般式  9-17
    2.1.3 分子力场的参数化  17-19
  2.2 密度泛函理论与电负性均衡方法  19-23
    2.2.1 密度泛函理论基础  19-23
  2.3 从头计算理论  23-31
    2.3.1 分子轨道理论  23-25
      2.3.1.1 闭壳层分子的RHF方程  23-25
    2.3.2 电子相关问题  25-31
      2.3.2.1 物理图象  25-26
      2.3.2.2 电子相关能  26
      2.3.2.3 组态相互作用  26-28
      2.3.2.4 耦合簇方法(Coupled-cluster，CC)  28-29
      2.3.2.5 微扰理论方法  29-31
  2.4 基组的选择  31-33
第三章水合氢离子团簇的理论研究  33-60
  3.1 引言  33
  3.2 计算方法  33-42
    3.2.1 从头计算方法  33
    3.2.2 ABEEM/MM模型  33-42
      3.2.2.1 ABEEM单电子密度分割、分子总能量及化学势  34-38
      3.2.2.2 ABEEM模型向水合氢离子-水分子体系推广  38-42
  3.3 结果与讨论  42-60
    3.3.1 几何构型  42-46
    3.3.2 水合氢离子与水分子之间的相互作用能  46-49
    3.3.3 H_3O~+(H_2O)_4的多体相互作用  49-50
    3.3.4 电荷分析  50-53
    3.3.5 红外光谱以及振动频率分析  53-60
第四章氢氧根离子的理论研究  60-64
  4.1 引言  60
  4.2 计算方法  60-64
    4.2.1 从头计算方法  60
    4.2.2 结果与讨论  60-64
      4.2.2.1 几何构型  60-62
      4.2.2.2 氢氧根离子与水分子之间的相互作用能  62-64
第五章结论  64-65
参考文献  65-71
致谢  71-72

水合氢离子团簇和氢氧根离子团簇的理论研究

内容摘要

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