氨水團簇穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的探究.pdf

1、原子分子團簇(簡稱團簇)是由幾個乃至數(shù)千個原子或分子(國際上多數(shù)定義含原子數(shù)在10-105范圍)通過一定的物理或化學結(jié)合力組成的相對穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體[1-2]。團簇特殊的物理化學性質(zhì)和尺寸依賴性，引起了物理、材料和化學等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。團簇科學研究的基本問題是弄清團簇如何由原子、分子逐步演化而成，以及隨著這種演化，團簇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)如何變化，當團簇的具體尺寸多大時，才能過渡成宏觀固體。要想充分的研究團簇的各種性質(zhì)，首先要得到各種類

2、型團簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)。然而團簇結(jié)構(gòu)的尋找是非常困難的，這一問題被人們稱為是np-hard問題。目前人們已經(jīng)研究得出了多種計算團簇結(jié)構(gòu)的方法如跳坑算法、遺傳算法、經(jīng)驗勢算法等。
　　眾所周知，氫鍵廣泛存在與各種物質(zhì)中，作為分子間的相互作用力在很多科學問題中扮演著重要的角色。對氫鍵的研究有助于解決多方面的問題，如能量轉(zhuǎn)移、溶解和化學反應等，能為開發(fā)自然界中的水資源做好堅實的基礎(chǔ)。O…H和N…H兩種特殊而重要的氫鍵同時存在于氨水團簇。探究氨

3、水團簇可能存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可為研究大氣組份、生物大分子的形成等做好理論鋪墊。同時氨水是一種典型的極性可溶性溶劑，所以對其研究將有很大的現(xiàn)實意義。本文研究的思路為，首先利用經(jīng)驗勢的方法得到氨水團簇的可能初始結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上用密度泛函方法(DFT/B3LYP)和二級微擾方法(Moller-Plesset/MP2)分別在6-31G(d，p)和6-311++G(d，p)基組水平上，逐級對(NH3)2(H2O)3團簇和(NH3)2(H2O)6團

4、簇進行了幾何優(yōu)化和頻率計算，最終得到了在B3LYP/6-311++G(d，p)水平下的15種(NH3)2(H2O)3團簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和12種(NH3)2(H2O)6團簇的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):在穩(wěn)定性上，(NH3)2(H2O)3最穩(wěn)定構(gòu)型是正五邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而(NH3)2(H2O)6團簇的最穩(wěn)定構(gòu)型是正八面體籠狀結(jié)構(gòu)；從分子間相互作用看，水分子間的相互作用最強，氨分子間的相互作用最弱；在結(jié)構(gòu)的頻率上，氫鍵類型對頻移的大小有非常大的影響，這

5、與我們工作組前面研究得到的結(jié)論是相同的；偶極距的大小與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性無必然聯(lián)系。
　　本文的主要內(nèi)容有:
　　第一章:緒論，介紹了團簇的概念研究背景、分類、主要性質(zhì)以及團簇研究的主要方向、現(xiàn)階段的困難、意義前景和本人的工作。
　　第二章:介紹了本課題研究中所涉及的理論和計算方法，包括變分原理和微擾理論、密度泛函理論、自洽計算中的基函數(shù)、振動頻率的計算并簡要的說明了Gaussian03程序。
　　第三章:在B3LYP

6、/6-31G(d)和B3LYP/6-311++G(d，p)水平上對(NH3)2(H2O)3團簇進行了幾何優(yōu)化和頻譜探究，得到了15中可能的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)(NH3)2(H2O)3簇的五邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最好。
　　第四章:在B3LYP/6-31G(d)和B3LYP/6-311++G(d，p)水平上對(NH3)2(H2O)6團簇進行了幾何優(yōu)化和頻率計算，發(fā)現(xiàn)正八面體籠狀結(jié)構(gòu)為(NH3)2(H2O)6團簇的最穩(wěn)定構(gòu)型。
　　第五