范德华复合物Kr-H_2O、Ne-H_2S及Ar-H_2S的势能面和振转光谱的理论研究

【摘要】由于范德华分子间相互作用力在许多重要的物理、化学和生命过程中都起着重要的作用,因而范德华复合物的结构和性质在目前的实验和理论研究中都受到了广泛的关注。范德华复合物的高分辨分子光谱可以提供相关分子间势能面和动力学的有用信息。由于范德华复合物中的分子间相互作用力较弱,分子间振动的频率低且振幅大,因此需要构建体系的全域势能面来确定束缚态能级和预测振转光谱。同时,通过将计算预测的光谱与实验观测到的高分辨光谱进行比较,可以帮助我们检验势能面的质量。本文以大气中广泛存在且在生命体中有重要作用的分子所构成的范德华复合物体系Kr-H2O、Ne-H2S和Ar-H2S为研究对象,将H2O和H2S分子近视为刚性转子,构建了它们的高精度三维从头算分子间势能面,很好地解释了相关转动光谱的实验结果,如转动跃迁频率,平均结构参数,核四级矩耦合常数等,从而为这类体系的光谱研究提供了一种很好的理论手段。本文主要研究结果如下：1.在原有的研究由惰性气体原子与CO2、N20等线性分子组成的范德华复合物体系的理论方法基础上,重新选择坐标系、哈密顿方程和基函数形式,推导振转能级计算公式,并编写相关计算程序,发展了一套新的应用于由惰性气体原子与H20和H2S等非线性分子组成的范德华复合物体系的光谱理论计算方法和程序。2.采用CCSD(T)方法和包含键函数的大基组计算了Kr-H2O复合物体系的三维从头算分子间势能面,该势能面包含了一个平面氢键型全域极小值、两个平面型一级鞍点和一个二级鞍点。采用径向DVR/角度FBR方法和Lanczos算法计算得到了16种不同同位素Kr-H2O复合物体系在基态∑(O00)和第一激发态∑(101)的转动跃迁频率、平均结构参数和核四极耦合常数χaa(17O)及χaa(D),并分析了这些复合物分子在这两个态时内部水分子单体的自由转动程度,这些计算值和相关实验值吻合的很好,并呈现出相同的同位素效应趋势和规律。3.采用超分子方法和CCSD(T)方法计算了Ne-H2S和Ar-H2S复合物体系的三维分子间势能面。这两个势能面都存在一个平面T型全域极小值和一个平面型局域极小值,以及两个平面型一级鞍点和一个二级鞍点。其中Ne-H2S和Ar-H2S复合物的全域极小值的势阱深度分别为71.57cm-1和177.48cm-1。采用径向DVR/角度FBR方法和Lanczos算法计算了8种不同同位素Ne-H2S和4种不同同位素Ar-H2S复合物体系的振转能级,以及它们在基态∑(O00)和第一激发态∑(101)的转动跃迁频率,这些计算的跃迁频率与实验值的绝对误差在0.015cm-1以内,并呈现出相同的同位素效应趋势和规律。同时,我们还计算分析了不同同位素Ne-H2S和Ar-H2S在∑(000)和∑(101)态的平均结构参数和波函数性质,并比较了Ne-H2S、Ne-D2S和Ar-H2S.Ar-D2S复合物分子在这两个态时内部H2S和D2S单体的自由转动极限程度,其大小顺序分别为：∑(Ooo)(Ne-H2S)>E(000)(Ne-D2S)>∑(101)(Ne-H2S)>∑(101)(Ne-D2S),∑(000)(Ar-H2S)>∑(101)(Ar-H2S)>∑(000)(Ar-D2S)∑(101)(Ar-D2S)。本文的从头算势能面和光谱理论计算方法对于由惰性气体原子与H20和H2S等非线性分子组成的范德华复合物体系的研究具有一定的适用性。通过与实验值相比较,证明了我们的势能面和光谱计算方法的高精确度。我们所提供的理论计算方法对于解释和预测分子间振转态实验结果,提供分子动力学信息,揭示分子间作用力的本质,都有着重要的指导意义。
【作者】雷金平；
【导师】谢代前；
【作者基本信息】南京大学，物理化学（专业学位），2014，博士
【关键词】势能面；分子间相互作用力；分子振动转动态；转动光谱；跃迁频率；结构参数；Kr-H2O；Ne-H2S；Ar-H2S；

【参考文献】
[1]陈卓,魏振钢.基于分布式数据挖掘的移动代理系统设计[J].计算机应用研究,2004,02:192-194.
[2]曲芳.有限责任公司股权强制执行制度研究[D].扬州大学,民商法学,2012,硕士.
[3]王雁楠.米波相控阵雷达回波仿真及低仰角估计技术研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2014,硕士.
[4]柳彦平,王文杰,谈恒贵.数据挖掘空间聚类[J].计算机工程与应用,2005,35:173-176+196.
[5]李磊.基于J2EE构建的远程教学平台的设计与实现[D].大连海事大学,电路与系统,2004,硕士.
[6]李国梁.氟伐他汀缓释片对代谢综合征小鼠炎性因子的影响[D].青岛大学,内科学,2013,硕士.
[7]李玉琴.基于MRI的乳腺治疗机器人设计及仿真[D].哈尔滨理工大学,机械电子工程,2012,硕士.
[8]彭旭辉.基于产业竞争力的厦门市光电产业发展趋势研究[D].华侨大学,数量经济学,2013,硕士.
[9]魏彩丽.自蔓延高温合成MoSi_2晶粒尺寸影响因素的研究[D].郑州大学,材料学,2013,硕士.
[10]邱华.基于软件Agent的分布式入侵检测技术的研究[D].合肥工业大学,2003.
[11]张雄.盾构法隧道施工引起地表沉降研究[D].河北工程大学,岩土工程,2012,硕士.
[12]宫建华.基于远程控制的智能灌溉系统研究[D].大连理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[13]吴俊毅.城市物流配送管理系统分析与设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[14]刘望舒.Java虚拟机衰退分析[D].南京理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[15]曾秀娜.水性木器涂料的配方研究[D].湖南大学,应用化学,2010,硕士.
[16]胡海洋.基于中医穴位原理的城市活力提升策略研究[D].哈尔滨工业大学,风景园林,2013,硕士.
[17]林宁,刘秉龙,邵瑞祥.提高城区三维地震勘探精度[J].石油地球物理勘探,1997,S1:124-134+194.
[18]余天霞.柑橘大小年差异分析及生化参数估测研究[D].西南大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[19]张志明.汽轮机启动过程中安全经济优化的研究[D].华北电力大学（北京）,2006.
[20]杨艳.当代大学生艰苦朴素精神教育研究[D].沈阳师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[21]吴燕.福建省医疗卫生信息网络直报系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[22]冯显宗.基于视频处理技术的索道脱索检测方法研究[D].燕山大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[23]叶红华.冠状动脉支架术后肌钙蛋白Ⅰ和内皮素变化的临床意义[D].浙江大学,内科学,2004,硕士.
[24]陈铁汉.社会转型期怀远县档案工作问题与对策研究[D].安徽大学,档案学,2013,硕士.
[25]记者施超通讯员徐燕.两装备制造项目签出10亿元大单[N].宁波日报,2013-11-21A01.
[26]王聪聪,詹仪.纳米材料在包装印刷废水处理中的应用[J].印刷技术,2015,06:23-25.
[27]雍云乔.川东北元坝地区下侏罗统自流井组沉积相特征研究[D].成都理工大学,地质学,2013,硕士.
[28]杜新苗.基于回归生活理念的高中信息技术教学设计策略研究[D].南京师范大学,教师教育,2012,硕士.
[29]毛雷.社会救助中公众冷漠问题的研究[D].江西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[30]侯安宁,何樵登.各向异性介质中弹性波记录的傅里叶变换法正演模拟[J].石油地球物理勘探,1994,S1:64-71+173.
[31]廖浩伟.基于网页结构聚类的Web信息提取技术研究[D].西南交通大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[32]张荣荣.移动交易型虚拟社区大学生用户的使用需求与意愿研究[D].西南交通大学,传播学,2013,硕士.
[33]郭胜强.超宽带低噪声放大器和混频器的研究与设计[D].湖南大学,通信与信息系统,2011,硕士.
[34]冯婉晴.腹膜透析患者容量状态的临床研究[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[35]王恩平.鲁棒镇定区间系统族的一个充分条件[J].自动化学报,1998,03:3-7.
[36]周军.解构长号四重奏《召唤》[D].西安音乐学院,长号演奏,2014,硕士.
[37]本报记者郭锦辉.由大变强新材料需多措扶持[N].中国经济时报,2015-05-20001.
[38]张洪涛.纸机传动系统中节能及耦合控制等问题的研究[D].陕西科技大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[39]刘科.试析舒伯特室内乐的歌曲化旋律特色[D].湖南师范大学,音乐学,2004,硕士.
[40]张倩倩.想象竞合犯处断原则研究[D].华侨大学,刑法学,2014,硕士.
[41]彭贺.股民投资预期形成的心理机制研究[D].华东师范大学,应用心理学,2001,硕士.
[42]杨丽辉.肥料配施对马铃薯产质量、养分吸收及土壤养分的影响[D].内蒙古农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[43]贺善安,郝日明.中国鹅掌楸自然种群动态及其致危生境的研究[J].植物生态学报,1999,01:88-96.
[44]王龙.轻型直流输电实验平台设计[D].西安科技大学,电气工程,2014,硕士.
[45]洪江|.从《诺尔玛》看贝利尼歌剧的艺术特点[D].首都师范大学,音乐学,2004,硕士.
[46]徐鑫.重庆市食物生态足迹的动态分析[D].西南大学,生态学,2014,硕士.
[47]蔡旭.太阳自动追踪光伏LED照明系统的研究[D].南昌大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[48]王永富.类金刚石碳薄膜制备及其水润滑性能研究[D].兰州理工大学,化学工程,2014,硕士.
[49]陈禹诺.翻译作为文化资本的构建与流通[D].湖南科技大学,外国语言文学,2013,硕士.
[50]周晴.企业协同办公平台的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.