C与惰性气体原子间相互作用势及振动束缚态的理论研究

摘要

在过去的几十年中，C3分子已经吸引了实验界和理论界的很多关注.C3是一个典型的非刚性分子，单重基态的平衡结构是线型的。近年来稀有气体与直线型分子之间形成的范德华复合物受到了广泛的关注，Hsu实验组通过激光诱导荧光(LIF)激发光谱和发射光谱得到了很多有意义的数据。 本研究选择超分子MP4方法，用大的基组并引入中点键函数，采用Counterpoise(CP)方法消除基组重叠误差(BSSE)，确定了C3-Rg(Rg=He，Ne，Ar，Kr)复合物处于C3基电子态时的从头算势能面。计算结果表明，与本实验组运用三重激发校正的耦合簇CCSD(T)方法相比，两种方法得到相似的势能面，该势能面具有两个关于θ=90°对称的全程极小值。对此特征，本文又采用多种方法来验证其合理性，最终的结果虽然在定量上有稍微的差别，但势能面特征仍保持不变。该内容在本文第二章有详细的描述。为保证研究体系的完整性和便于归纳规律，采用超分子CCSD(T)方法，对Xe使用包含小核赝势的aug-cc-pVTZ-PP基组对C3用aug-cc-pVTZ基组，完成了C3-Xe复合物的理论研究。得到C3-Xe复合物的精准从头算势能面及相应的振动能级和波函数。 在第二章的研究中，对于基态C3采用冻核近似，C3的弯曲坐标没有包含在当前的势能面中。为了对该体系有一个全面深入的了解，以及更精准地来解释C3-He的电子光谱。在第三章对C3-He构建了非线型C3的从头算势能面。结果显示，该复合物势能面在0°-180°范围内存在两个势阱，分别对应于“Y”型结构和“箭头”型结构。两个势阱中间存在一个鞍点。相对于冻核近似线型的C3分子，考虑弯曲坐标的势能面会对该复合物的电子光谱有更精准的解析，并对其动力学研究更加全面。 在第四章中，对于C2-Xe复合物进行了理论研究。最近研究表明C2-Rg(Rg=He，Ne，Ar)的稳定构型是线型，而不是具有和N2-Rg系列相似的“T”型结构。对C2-Xe复合物理论研究的结果表明：C2-Xe复合物在平衡位置为一线型结构。这样的平衡构型和惰性气体的性质是没关系的。尽管复合物的平衡位置构型是线型，但由于该复合物具有相对较松散的转动。所以它的振动平均结构应是非直线型的。 尽管目前还没有实验上的分子间结合能和光谱数据可以对比，但本文的振动能级预测对将来实验光谱的观察和C3-Rg及C2-Xe体系的进一步研究提供有用的信息。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文工作的背景和意义

1.2 vdW分子间弱相互作用力

1.3 vdW分子作用力的实验和理论研究

1.3.1经验方法

1.3.2半经验方法

1.3.3从头算方法

参考文献

第二章计算方法

2.1分子间作用力的计算

2.2基函数的选择

2.3 DVR(discrete-Variable-Representation)方法

参考文献

第三章C3-Rg体系的分子间势能面及振动能级

3.1 C3-He体系的分子间势能面及振动能级

3.2.1 C3-He的势能面

3.2.2 C3-He振动能级和波函数

3.2 C3-Ne体系的分子间势能面及振动能级

3.3.1 C3-Ne的势能面

3.3.3 C3-Ne振动能级和波函数

3.3 C3-Ar体系的分子间势能面及振动能级

3.3.1 C3-Ar的势能面

3.3.2 C3-Ar振动能级和波函数

3.4 C3-Kr体系的分子间势能面及振动能级

3.4.1 C3-Kr的势能面

2.4.2 C3-Kr振动能级和波函数

3.5 C3-Xe体系的分子间势能面及振动能级

3.5.1 C3-Xe的势能面

3.5.2 C3-Xe的振动能级

参考文献

第四章C3-He(∠C-C-C=160°)的分子间势能面的理论研究

4.1计算方法

4.2势能面结果分析

参考文献

第五章C2-Xe分子间势能面的构建及振动能级的理论研究

5.1计算方法

5.2 C2-Xe体系的分子间势能面及振动能级

5.2.1 C2-Xe体系的分子间势能面

5.2.2 C2-Xe体系的振动能级和波函数

参考文献

第六章总结

附录 硕士期间已发表和待发表的论文

致谢