質(zhì)子水團簇的異構(gòu)體和紅外振動譜的理論研究.pdf

1、團簇是最近幾十年來科學研究中出現(xiàn)的一個新領(lǐng)域。它是一門涉及物理、化學、生物等基礎(chǔ)學科的新型學科。團簇神奇的量子尺寸效應(yīng)，使團簇在很多方面表現(xiàn)出既不同于微觀粒子又不同于塊體材料的奇異性質(zhì)：如幻數(shù)、光學性質(zhì)、同分異構(gòu)現(xiàn)象等。團簇的獨特性質(zhì)引起了國內(nèi)外眾多科學家的興趣，團簇的研究進入飛速發(fā)展時代，一些重要的研究成果正悄然改變?nèi)藗兊纳?。因此對團簇的研究不僅能夠促進基礎(chǔ)學科的發(fā)展，而且還能開發(fā)其應(yīng)用價值，其發(fā)展前景必將更加廣闊。
　　氫鍵

2、的存在使水有了獨特的性質(zhì)，水中氫鍵的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一直是研究的一個基本問題。為了在分子水平上了解水中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，人們廣泛研究了質(zhì)子水團簇。這些團簇作為水溶液的微觀模型，分別提供了氫鍵結(jié)構(gòu)的詳細信息。氫鍵的環(huán)境很容易受到水中OH伸縮振動頻率的影響，因此對固定尺寸團簇的研究可以利用紅外振動譜這一有力工具去探討水中氫鍵的結(jié)構(gòu)。
　　質(zhì)子水團簇在大氣、生物、化學反應(yīng)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。水中質(zhì)子一個重要的方面是它的不規(guī)則的高度流動性，準

3、確的模擬這個過程需要研究氫在具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大量水環(huán)境中的運動。最近幾十年來對質(zhì)子水團簇H+(HW)n結(jié)構(gòu)和振動光譜的研究成為化學家們的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在人們對液相質(zhì)子水團簇結(jié)構(gòu)的研究大都集中于研究其紅外振動譜的情況，通過對紅外振動譜的理論分析確定質(zhì)子水團簇的穩(wěn)定存在結(jié)構(gòu)。但是目前人們還沒有直接測定質(zhì)子水團簇幾何結(jié)構(gòu)的實驗手段，因此對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的確定大都局限于理論探索階段。質(zhì)子水團簇根據(jù)n的大小分為小尺寸、中等尺寸和大尺寸團簇再加上每一個尺寸異

4、構(gòu)體的多樣性，大多數(shù)的團簇還要考慮包含氫鍵的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這一些都給人們對質(zhì)子水團簇的研究帶來很大麻煩。
　　密度泛函理論是本文研究的一個重要理論基礎(chǔ)。本文首先采用HF方法和6-31G(d)基組得到質(zhì)子水團簇H+(H2O)6的一些原始結(jié)構(gòu)，然后使用高斯09軟件中B3LYP化學模型，并借助于精度較高的6-311++G**基組，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率數(shù)據(jù)處理獲得了質(zhì)子水團簇H+(H2O)6的29種結(jié)構(gòu)不同的穩(wěn)定構(gòu)型和紅外光振動光譜。通過對結(jié)構(gòu)

5、和能量的分析發(fā)現(xiàn)，以Zundel陽離子為中心的鏈狀結(jié)構(gòu)與其它異構(gòu)體相比最為穩(wěn)定。最后通過理論結(jié)構(gòu)的紅外振動譜合成圖與實驗紅外振動譜的比較，表明本文所選穩(wěn)定構(gòu)型的合理性。
　　論文的主要內(nèi)容如下：
　　第一章：介紹了團簇的定義、分類、性質(zhì)；研究的方向、進展、意義和本文要做的工作。
　　第二章：闡述了包括變分原理、哈特利近似、?？私坪虳FT等在內(nèi)的本文所用到的基礎(chǔ)知識。
　　第三章：主要介紹了常用的斯萊特基組、高斯