分子间相互作用热力学函数的量子化学精确计算方法研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:waterlee1999
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热力学函数的计算在科学研究中有着极其重要的意义。我们研究的化学反应或复合物的形成过程都是在一定温度(T)和压力(P)下进行的。因此,在众多的热力学函数的计算中,Gibbs自由能变(ΔG)的计算显得最为重要。目前,在实验上有许多方法可以测定一个过程的Gibbs自由能变ΔG。比如电动势法,四极质谱法以及色谱法等。但是,对于分子间相互作用过程中的ΔG在实验上是很难确定的。尤其是一些不稳定的弱相互作用体系或是某些电中性体系。而目前量子化学计算方法对于结合能的计算,例如CCSD(T)在一些大基组下已经完全可以达到化学精度。热力学函数的计算,不仅需要计算结合能,还需对分子进行振动分析。因此,对于ΔG的计算要更加困难的多。而对于单分子问题,振动频率的预测已经相当准确。但是,对于分子间的相互作用过程中,ΔG的计算依然是一个难题。虽然CCSD(T)+VPT2在四-zeta基组下对分子振动频率的计算非常准确,但是这种高水平的post-SCF振动分析非常耗时,只能用于小分子体系;对于稍大一点的体系,很难实现。在大气环境化学的多粒子成核研究方面,除了需要计算有关大气分子的形成的结合能,更需要较为准确的知道成核过程的Gibbs自由能变。所以,探索一种精确而又快速的量子化学计算方法来解决分子间相互作用过程中ΔG的计算是极其有价值的。本文通过使用25种DFT计算方法对一些列氢键,色散以及诱导作用等体系进行了测试。同时,考察了目前计算结合能较为准确的ωB97X-V泛函与其它不同DFT计算方法的组合计算。研究发现,组合计算法对ΔG的计算可以明显提高计算精度。尤其是B3PW91-D3BJ+ωB97X-V组合法,RMSE数值可以维持在1kcal·mol-1以内。
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