ArH2+体系势能面构建及其动力学理论研究

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模拟原子分子碰撞过程,势能面是一个重要的概念。Ar+H2+及其同位素反应是典型的离子分子相互作用的三原子反应,也是气相反应动力学中非常重要的反应,因此人们对此反应投入了极大地热情,尤其是在理论动力学方面,但是要想细致的研究一个反应的动力学没有一个精确的势能面是不能实现的,对于这个反应较为精确的势能面是我们研究小组在2011年使用UCCSD(T)/aug-cc-pV5Z方法构建的LLZ势能面,然而这一方法虽然在平衡键长区域比较精确,但是在双原子间距变大时势能曲线已不光滑,即计算已经不再收敛。实际上,我们发现LLZ的势能面在渐进区就不够光滑,也就导致了势能面不精确,因此我们用(MRCI+Q)/aug-cc-pVQZ方法构建了全新精确的势能面,并在此基础上进行动力学理论研究。本篇文章主要包括两大部分内容,第一大部分是运用从头算计算方法构造了Ar+H2+体系的基态势能面,第二大部分是分别运用含时波包方法和准经典轨线方法研究了Ar+H2+→ArH++H反应的动力学性质以此来检测势能面的优劣,并得到了我们感兴趣的动力学结果。本文具体章节如下:第一章我们对分子反应动力学作了简单介绍,主要包括分子反应动力学的发展历史和研究现状,势能面的基本概念以及如何获得势能面所需的单点能,势能面的拟合过程;第二章我们介绍了矢量相关理论以及含时量子波包理论,主要包括对分子反应中矢量相关问题的准经典描述和三原子反应的绝热含时量子波包理论;第三章具体介绍了我们是如何构造ArH2+体系全三维的势能面,主要包括关于本体系的研究背景以及现状,势能面构造的从头算细节,即我们采用多参考组态相互作用(MRCI)方法以及Davidsion修正,三体从头算能量的轨道基组选取为AVQZ(augmented correlation consistentpolarized valence quadruple zeta),通过运用Aguado–Paniagua函数形式拟合得到了新势能面;第四章主要是为了检测势能面的优劣所做的动力学理论研究,主要包括运用含时波包法研究此反应的量子动力学性质,量子动力学散射结果突出了CC(Close–Coupling)对这一反应的重要影响,并且计算得出的积分反应截面随碰撞能的变化结果与实验值吻合的很好,当碰撞能为0.1eV时CC和CS计算的理论值与实验值比较,我们发现实验值与CC计算的结果是一致的。接着我们又运用准经典轨线方法来进一步检测本势能面的优劣,分别研究了碰撞能及反应物振动激发对Ar+H2+→ArH++H反应立体动力学性质的影响。结果显示在给定的碰撞能情况下,以及当反应物振动量子数由0变到2时计算的积分反应截面与实验值吻合的都较好。通过比较发现,碰撞能对此反应k-j′关联函数P (θ r)分布的影响大于其受振动激发的影响,并且关于k-k′-j′三矢量相关的函数P (φ r)分布以及极化微分反应截面对碰撞能较敏感,同时我们发现振动激发对P (φ r)分布和极化微分反应截面也有较大的影响。
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