基于“分子中的原子”量子理論框架對亞納米團(tuán)簇物理化學(xué)性質(zhì)的量子拓?fù)鋵W(xué)分析

1、分類號0 6 4學(xué)校代碼一一一一! Q 三壘2學(xué)號 2 0 1 1 0 2 1 2 1 1 0 4基于“分子中的原子’’量子理論框架對亞納米團(tuán)簇物理化學(xué)性質(zhì)的量子拓?fù)鋵W(xué)分析T h e P h y s i c a la n d C h e m i c a l P r o p e r t i e so fS u b - —n a n o s i z e d C l u s t e r s u s i n gQ u a n t u mT o

2、p o l o g y w i t h i n aQ T A I M F r a m e w o r k指導(dǎo)教師姓名、職稱 S a m a n t h a d e n k i n s 教授湖南師范大學(xué)學(xué)位評定委員會辦公室二零一四年五月藥物設(shè)計等許多領(lǐng)域，Q T A I M 理論方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種分子的電子結(jié)構(gòu)、分子狀態(tài)變化、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、分子內(nèi)及分子間相互作用等方面的研究中，取得了很多重要的成果。Q T A I M 理論方法的核心

3、是電子密度分布p ( ，) ，分子的電荷密度分布的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)主要取決于電荷密度跏( ，) 以及電荷密度L a p l a c i a n 值v 2 p ( r ) 的梯度向量場。對于給定的穩(wěn)定分子構(gòu)型，分子中的電子密度分布是真實三維空間的一個標(biāo)量場，通常用符號p ( ，’∞表示。其中x 代表核構(gòu)型的坐標(biāo)，，代表三維空間坐標(biāo)。在標(biāo)量場p 純X ) 中每一點(diǎn)r 上，都可以定義一個相應(yīng)的梯度矢量V ≯( ，’∞，它正交于p( ，) 的等值面，

4、并與跏( ，) 增大的方向一致，在p ( r ，∞的梯度場中，通過空間每一點(diǎn)，上的梯度線的方向是p ( ，，∞增加的方向，它與p ( ，，彤的等值面正交，所以也稱之為正交軌線或梯度徑，分子的電子密度p ( ，) 的拓?fù)湫再|(zhì)也可用全部梯度線的分布來描述。梯度路徑是Q T A I M 分析中的一個重要參數(shù)，它能夠給出電子密度的拓?fù)湫再|(zhì)。在一個分子體系中，梯度路徑不會在除臨界點(diǎn)以外的位置相交，而且大部分梯度路徑都終止于原子核的位置。梯度路徑在

5、分子空間會形成零通面，也稱為原子界面，原子界面將分子體系分割成不同的區(qū)域，每個區(qū)域都包含一個原子，通過對每個區(qū)域進(jìn)行積分，可以得到單一原子的一系列性質(zhì)?？臻g中某一點(diǎn)的電子密度可以表示為p ( x ，弘Z ) ，則其臨界點(diǎn)則會滿足跏似弘力= 0 ，在該處建立H e s s i a n ( 3 ×3 ) 矩陣，可求得三個本征值Q l ，乜，五3 ) ，根據(jù)正本征值超過負(fù)本征值數(shù)目的個數(shù)，用( 3 ，力描述臨界點(diǎn)，括號中3 為矩陣的

6、秩，盯為三個本征值得符號差。以此得到4 種臨界點(diǎn)：( 3 ，一3 ) 本征值全為負(fù)，p ( ，) 為局部最大值，稱為核臨界點(diǎn)Ⅳ卯，或吸引子；( 3 ，一1 ) 本征值一正二負(fù)，稱為鍵臨界點(diǎn)B C P ，兩原子之間存在鍵臨界點(diǎn)表明這兩個原子之間有成鍵作用；( 3 ，+ 1 ) 本征值二正一負(fù)，稱為環(huán)臨界點(diǎn)R C P ，存在環(huán)臨界點(diǎn)表明分子中有著環(huán)狀結(jié)構(gòu)；( 3 ，+ 3 ) 本征值全為正，p ( ，)為局部最大值，稱為籠臨界點(diǎn)C C P

7、，存在籠臨界點(diǎn)表明體系中存在籠狀結(jié)構(gòu)，換句話說，體系為三維構(gòu)型。對于一個獨(dú)立穩(wěn)定的分子，上述四種臨界點(diǎn)的個數(shù)滿足P o i n c a r 6 ．H o p f 關(guān)系式：Ⅳ坷+ 尺一C = I ，這里N 代表ⅣC P ，以此類推。鍵臨界點(diǎn)B C P 處的拓?fù)淞亢突瘜W(xué)鍵性質(zhì)有著密切的關(guān)系，B C P 處的v p ( r )大小正相關(guān)于其對應(yīng)的兩個原子間的相互作用。此外，B C P 處的電荷密度L a p l a c i a n 值V 勁(