質(zhì)子化氨水團(tuán)簇H+(NH3)m(H2O)n(m=2,5;n=1-3)的結(jié)構(gòu)、能量及頻譜分析.pdf

1、團(tuán)簇作為微觀或亞微觀層次上有限原子的聚集體,是介于氣態(tài)和凝聚態(tài)之間的一種新的物質(zhì)形態(tài).對(duì)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究不僅可以深入了解其本身的性質(zhì),而且有助于進(jìn)一步理解物質(zhì)從微觀到宏觀過(guò)渡具有重要作用.理論上要想充分研究團(tuán)簇的各種性質(zhì),首先要確定團(tuán)簇的基態(tài)幾何結(jié)構(gòu).團(tuán)簇結(jié)構(gòu)存在許多異構(gòu)體,并且異構(gòu)體的數(shù)目隨團(tuán)簇尺寸的增大迅速增長(zhǎng),因此團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的尋找是非常困難的,這一問(wèn)題被人們稱為是NP-hard問(wèn)題.目前人們已經(jīng)研究得出了多種計(jì)算團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的方法,

2、如跳坑算法、遺傳算法、經(jīng)驗(yàn)勢(shì)算法等.
　　本文采用密度泛函理論方法(DFT)對(duì)質(zhì)子化氨水團(tuán)簇 NH4+NH3(H2O)2、NH4+NH3(H2O)3和H+(NH3)5(H2O)n(n=1-3)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計(jì)算,確定了團(tuán)簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步研究了不同能量排序下穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和振動(dòng)頻譜.在本文的分析探究中,發(fā)現(xiàn)多個(gè)氨分子的質(zhì)子化氨水團(tuán)簇中,按總能量的排序與零點(diǎn)修正后的能序會(huì)不一樣,同時(shí)常溫常壓下的自由能的能序也會(huì)變化.通過(guò)深

3、入分析歸納各個(gè)能序特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)這三種排序都有著各自的特點(diǎn),這為今后更好的認(rèn)識(shí)小分子團(tuán)簇在不同環(huán)境下穩(wěn)定性的變化提供了可參考依據(jù).在隨后的紅外光譜探究中,通過(guò)觀察分子的振動(dòng),發(fā)現(xiàn)氨分子的確對(duì)團(tuán)簇體系有著重要的影響,體系振動(dòng)最強(qiáng)處,均是氨分子與銨離子相作用的N—H鍵引起的.
　　本文的主要內(nèi)容有:
　　第一章介紹了團(tuán)簇的基本概念、分類、主要性質(zhì)以及其研究的主要方向、現(xiàn)狀、意義、前景等.
　　第二章介紹了本課題研究中所使用的理

4、論和計(jì)算方法,包括薛定諤方程和變分原理、密度泛函理論、振動(dòng)頻率和紅外光譜等.
　　第三章利用密度泛函方法(DFT/B3LYP)方法對(duì)NH4+NH3(H2O)2團(tuán)簇進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,最終得到B3LYP/6-311++G(d,p)水平上的8種穩(wěn)定結(jié)構(gòu).發(fā)現(xiàn)NH4+依然像在單個(gè)氨分子的質(zhì)子化氨水團(tuán)簇中一樣,處于一種核心地位,其他分子通過(guò)氫鍵與NH4+相作用,形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu).由于增加了一個(gè)NH3分子,結(jié)構(gòu)中新出現(xiàn)了NH4+與NH3相互作用的N

5、—H?N鍵,發(fā)現(xiàn)凡是存在這種鍵的體系,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好.
　　第四章利用密度泛函方法(DFT/BLYP)對(duì)NH4+NH3(H2O)3團(tuán)簇初結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計(jì)算,得到其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)并分析了不同能量排序的特點(diǎn).發(fā)現(xiàn)這三種排序都有著獨(dú)特的特點(diǎn),這為今后更好的認(rèn)識(shí)小分子團(tuán)簇體系在不同環(huán)境下穩(wěn)定性的變化提供了可參考依據(jù).
　　第五章利用密度泛函方法(DFT/BLYP)對(duì)H+(NH3)5(H2O)n(n=1-3)團(tuán)簇初結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化