水分子间多体作用能的准确快速计算

来源 :辽宁师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:assofour
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在自然界中,水分子通常以氢键等分子间相互作用连接在一起形成巨大网状团簇结构。利用多体展开法可以将水团簇的总能量分解成多个子体系能量的代数和的形式,进而能够快速获得水团簇的相关性质。因此,准确、快速计算水分子间的多体作用对于深入了解水团簇的结构和性质起着重要的作用。目前,在众多量子化学计算方法中,CCSDT/CBS方法具有很高的计算精度。但由于其计算量非常庞大,现阶段将其应用于研究中等尺寸的水团簇已经是无法实现的。所以在保证计算精度的前提下,选择一种高效的计算多体作用能的方法是十分必要的。本论文分别以三元和二元水团簇[(H2O)n(n=3,2)]为研究对象,以CCSDT/CBS(利用CCSDT水平上cc-p VQZ和cc-p V5Z基组计算结果以及HF水平上cc-p V6Z基组计算结果外推获得)水平的结果为基准,分别在完备基组和有限基组下,探讨了不同水平上水团簇多体作用能计算精度和效率等方面问题。结果显示:1.在完备基组下,MP2、CCSD(T)方法计算精度较好,而CCSD方法计算精度较差。在非冻核近似的前提下,基于MP2理论利用校正基组重叠误差的cc-p VTZ和cc-p VQZ基组计算结果外推至完备基组结果的方法精确度较高。其绝对偏差小于0.1 kcal/mol。2.在冻核近似前提下,通过MP2/cc-pVQZ计算的结果添加一半counterpoise方法计算的基组重叠误差校正能量的组合方法也可以获得较准确的体系的二体作用能。该方法获得的二体作用能的绝对偏差小于0.6 kcal/mol,相对偏差小于5%。3.利用一系列Pople基组和Dunning基组对十几种不同的密度泛函方法进行评估,发现在ωB97XD/aug-cc-p VTZ水平上计算的水团簇多体作用能最为准确。4.利用较准确的ωB97XD/aug-cc-pVTZ方法进一步研究了六元和七元水团簇[(H2O)n(n=6,7)]的多体作用能。当仅考虑最短分子间O···H间距离小于0.25 nm的二体作用时,可以减少近一半以上的二体作用能计算量,所获得的二体作用能的相对偏差约为15%;当考虑最短分子间O···H间距离小于0.40 nm的所有二体作用时,可以在减少6%的计算量的同时获得相对偏差不大于2%的二体作用能。值得一提的是,随着体系的增大计算量减小程度也随之大幅度增加,但计算误差基本保持不变。5.综合六元和七元水团簇[(H2O)n(n=6,7)]的多体作用能与总作用能的之间的关系,发现二体作用能对总作用能的贡献达到79%左右,三体作用能对总作用能的贡献约为20%,四体及以上作用能贡献极小。这一结果也与相关文献报道保持一致。希望本文的研究结果可以为水团簇的结构和能量的快速、准确预测提供理论支持。
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