水团簇构象稳定性起源和本质的密度泛函理论与量子分子动力学研究

王友娟 赵东波 荣春英 刘述斌

引用本文: 王友娟, 赵东波, 荣春英, 刘述斌. 水团簇构象稳定性起源和本质的密度泛函理论与量子分子动力学研究[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2173-2179. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308272 shu
Citation:  WANG You-Juan, ZHAO Dong-Bo, RONG Chun-Ying, LIU Shu-Bin. Towards Understanding the Origin and Nature of the Conformational Stability of Water Clusters:a Density Functional Theory and Quantum Molecular Dynamics Study[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(10): 2173-2179. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308272 shu

水团簇构象稳定性起源和本质的密度泛函理论与量子分子动力学研究

  • 基金项目:

    湖南师范大学&ldquo 

    潇湘学者&rdquo 

    杰出人才项目(23040609) (23040609)

    湖南省研究生创新项目(CX2012B223)以及湖南省高等教育机构科技创新研究团队项目资助 (CX2012B223)

摘要:

寻找确定分子体系构象稳定性的关键因素是至关重要的, 但即使对最简单的分子, 其稳定性的起源和本质仍存在很大的争议. 本文以水团簇为例, 采用量子分子动力学产生185个八聚水分子团簇模型, 并运用基于密度泛函理论的两个能量分解方法寻找其稳定性的决定因素. 我们发现不同水团簇的稳定性与其立体排斥能和交换相关能成良好的线性关系.本文还采用双变量模型模拟水团簇的稳定性, 取得了更好的结果(相关系数大于0.99). 本工作对揭示包括水分子团簇在内的通过弱相互作用组成的分子络合物的稳定性起源和本质提供了有益启示.

English

    1. [1]

      (1) Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 962. doi: 10.1021/jp312521z

      (1) Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 962. doi: 10.1021/jp312521z

    2. [2]

      (2) Pophristic, V.; odman, L. Nature 2001, 411, 565. doi: 10.1038/35079036(2) Pophristic, V.; odman, L. Nature 2001, 411, 565. doi: 10.1038/35079036

    3. [3]

      (3) Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J. Angew. Chem. Int. Edit.2003, 42, 4183.(3) Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J. Angew. Chem. Int. Edit.2003, 42, 4183.

    4. [4]

      (4) Weinhold, F. Angew. Chem. Int. Edit. 2003, 42, 4188.(4) Weinhold, F. Angew. Chem. Int. Edit. 2003, 42, 4188.

    5. [5]

      (5) Mo, Y. R. Nat. Chem. 2010, 2, 666. doi: 10.1038/nchem.721(5) Mo, Y. R. Nat. Chem. 2010, 2, 666. doi: 10.1038/nchem.721

    6. [6]

      (6) Mo, Y.; Gao, J. Accounts Chem. Res. 2007, 40, 113. doi: 10.1021/ar068073w(6) Mo, Y.; Gao, J. Accounts Chem. Res. 2007, 40, 113. doi: 10.1021/ar068073w

    7. [7]

      (7) Parr, R. G.; Yang, W. Density Functional Theory of Atoms Molecules; Oxford University Press: NewYork, 1989.(7) Parr, R. G.; Yang, W. Density Functional Theory of Atoms Molecules; Oxford University Press: NewYork, 1989.

    8. [8]

      (8) Geerlings, P.; De Proft, F.; Langenaeker, W. Chem. Rev. 2003,103, 1793. doi: 10.1021/cr990029p(8) Geerlings, P.; De Proft, F.; Langenaeker, W. Chem. Rev. 2003,103, 1793. doi: 10.1021/cr990029p

    9. [9]

      (9) Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 590. [刘述斌. 物理化学学报, 2009, 25, 590.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090332(9) Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 590. [刘述斌. 物理化学学报, 2009, 25, 590.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090332

    10. [10]

      (10) Levy, M.; Perdew, J. P. Phys. Rev. A 1985, 32, 2010. doi: 10.1103/PhysRevA.32.2010(10) Levy, M.; Perdew, J. P. Phys. Rev. A 1985, 32, 2010. doi: 10.1103/PhysRevA.32.2010

    11. [11]

      (11) Liu, S. B.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1996, 53, 2211. doi: 10.1103/PhysRevA.53.2211(11) Liu, S. B.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1996, 53, 2211. doi: 10.1103/PhysRevA.53.2211

    12. [12]

      (12) Liu, S. B.; Nagy, A.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1999, 59, 1131.doi: 10.1103/PhysRevA.59.1131(12) Liu, S. B.; Nagy, A.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1999, 59, 1131.doi: 10.1103/PhysRevA.59.1131

    13. [13]

      (13) Liu, S. B.; Morrison, R. C.; Parr, R. G. J. Chem. Phys. 2006,125, 174109. doi: 10.1063/1.2378769(13) Liu, S. B.; Morrison, R. C.; Parr, R. G. J. Chem. Phys. 2006,125, 174109. doi: 10.1063/1.2378769

    14. [14]

      (14) Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 244103. doi: 10.1063/1.2747247(14) Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 244103. doi: 10.1063/1.2747247

    15. [15]

      (15) March, N. H. Phys. Lett. A 1986, 113, 476. doi: 10.1016/0375-9601(86)90123-4(15) March, N. H. Phys. Lett. A 1986, 113, 476. doi: 10.1016/0375-9601(86)90123-4

    16. [16]

      (16) Holas, A.; March, N. H. Phys. Rev. A 1991, 44, 5521. doi: 10.1103/PhysRevA.44.5521(16) Holas, A.; March, N. H. Phys. Rev. A 1991, 44, 5521. doi: 10.1103/PhysRevA.44.5521

    17. [17]

      (17) von Weizsäcker, C. F. Z. Phys. 1935, 96, 431. doi: 10.1007/BF01337700(17) von Weizsäcker, C. F. Z. Phys. 1935, 96, 431. doi: 10.1007/BF01337700

    18. [18]

      (18) Weisskopf, V. F. Science 1975, 187, 605. doi: 10.1126/science.187.4177.605(18) Weisskopf, V. F. Science 1975, 187, 605. doi: 10.1126/science.187.4177.605

    19. [19]

      (19) Liu, S. B. Phys. Rev. A 1996, 54, 4863. doi: 10.1103/PhysRevA.54.4863(19) Liu, S. B. Phys. Rev. A 1996, 54, 4863. doi: 10.1103/PhysRevA.54.4863

    20. [20]

      (20) Liu, S. B.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1997, 55, 1792. doi: 10.1103/PhysRevA.55.1792(20) Liu, S. B.; Parr, R. G. Phys. Rev. A 1997, 55, 1792. doi: 10.1103/PhysRevA.55.1792

    21. [21]

      (21) Tsirelson, V. G.; Stash, A. I.; Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2010,133, 114110. doi: 10.1063/1.3492377(21) Tsirelson, V. G.; Stash, A. I.; Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2010,133, 114110. doi: 10.1063/1.3492377

    22. [22]

      (22) Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191107. doi: 10.1063/1.2741244(22) Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191107. doi: 10.1063/1.2741244

    23. [23]

      (23) Esquivel, R. O.; Liu, S. B.; Angulo, J. C.; Dehesa, J. S.; Antolín,J.; Molina-Espíritu, M. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 4406. doi: 10.1021/jp1095272(23) Esquivel, R. O.; Liu, S. B.; Angulo, J. C.; Dehesa, J. S.; Antolín,J.; Molina-Espíritu, M. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 4406. doi: 10.1021/jp1095272

    24. [24]

      (24) Liu, S. B.; vind, N. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6690. doi: 10.1021/jp800376a(24) Liu, S. B.; vind, N. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6690. doi: 10.1021/jp800376a

    25. [25]

      (25) Liu, S. B.; vind, N.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 2008,129, 094104. doi: 10.1063/1.2976767(25) Liu, S. B.; vind, N.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 2008,129, 094104. doi: 10.1063/1.2976767

    26. [26]

      (26) Liu, S. B.; Hu, H.; Pedersen, L. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114,5913. doi: 10.1021/jp101329f(26) Liu, S. B.; Hu, H.; Pedersen, L. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114,5913. doi: 10.1021/jp101329f

    27. [27]

      (27) Ess, D. H.; Liu, S. B.; De Proft, F. J. Phys. Chem. A 2010, 114,12952. doi: 10.1021/jp108577g(27) Ess, D. H.; Liu, S. B.; De Proft, F. J. Phys. Chem. A 2010, 114,12952. doi: 10.1021/jp108577g

    28. [28]

      (28) Huang, Y.; Zhong, A. G.; Yang, Q.; Liu, S. B. J. Chem. Phys.2011, 134, 084103. doi: 10.1063/1.3555760(28) Huang, Y.; Zhong, A. G.; Yang, Q.; Liu, S. B. J. Chem. Phys.2011, 134, 084103. doi: 10.1063/1.3555760

    29. [29]

      (29) Zhao, D. B.; Rong, C. Y.; Jenkins, S.; Kirk, S. R.; Yin, D. L.;Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 43. [赵东波, 荣春英,苏曼,苏文,尹笃林, 刘述斌.物理化学学报, 2013, 29,43.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201211121(29) Zhao, D. B.; Rong, C. Y.; Jenkins, S.; Kirk, S. R.; Yin, D. L.;Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 43. [赵东波, 荣春英,苏曼,苏文,尹笃林, 刘述斌.物理化学学报, 2013, 29,43.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201211121

    30. [30]

      (30) Tsirelson, V. G.; Stash, A. I.; Karasiev, V. V.; Liu, S. B. Comp. Theor. Chem. 2013, 1006, 92. doi: 10.1016/j.comptc.2012.11.015(30) Tsirelson, V. G.; Stash, A. I.; Karasiev, V. V.; Liu, S. B. Comp. Theor. Chem. 2013, 1006, 92. doi: 10.1016/j.comptc.2012.11.015

    31. [31]

      (31) Torrent-Sucarrat, M.; Liu, S. B.; De Proft, F. J. Phys. Chem. A2009, 113, 3698. doi: 10.1021/jp8096583(31) Torrent-Sucarrat, M.; Liu, S. B.; De Proft, F. J. Phys. Chem. A2009, 113, 3698. doi: 10.1021/jp8096583

    32. [32]

      (32) Liu, S. B. J. Chem. Sci. 2005, 117, 477; Zhong, A. G.; Rong, C.Y.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 3132. doi: 10.1007/BF02708352(32) Liu, S. B. J. Chem. Sci. 2005, 117, 477; Zhong, A. G.; Rong, C.Y.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 3132. doi: 10.1007/BF02708352

    33. [33]

      (33) Valiev, M.; Bylaska, E. J.; vind, N.; Kowalski, K.; Straatsma,T. P.; Van Dam, H. J. J.; Wang, D.; Nieplocha, J.; Apra, E.;Windus, T. L.; de Jong, W. Comput. Phys. Commun. 2010, 181,1477.(33) Valiev, M.; Bylaska, E. J.; vind, N.; Kowalski, K.; Straatsma,T. P.; Van Dam, H. J. J.; Wang, D.; Nieplocha, J.; Apra, E.;Windus, T. L.; de Jong, W. Comput. Phys. Commun. 2010, 181,1477.

    34. [34]

      (34) Maeda, S.; Ohno, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 4527. doi: 10.1021/jp070606a(34) Maeda, S.; Ohno, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 4527. doi: 10.1021/jp070606a

    35. [35]

      (35) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215. doi: 10.1007/s00214-007-0310-x(35) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215. doi: 10.1007/s00214-007-0310-x

    36. [36]

      (36) Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; et al . Gaussian 09,Revision C. 01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.(36) Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; et al . Gaussian 09,Revision C. 01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.

    37. [37]

      (37) Kitaura, K.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 1976, 10,325.

      (37) Kitaura, K.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 1976, 10,325.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  702
  • 文章访问数:  1692
  • HTML全文浏览量:  115
文章相关
  • 发布日期:  2013-09-26
  • 收稿日期:  2013-06-27
  • 网络出版日期:  2013-08-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章