带电氨水团簇的结构、稳定性和红外振动谱

摘要

原子或分子团簇是由几个乃至上千个原子、分子或者离子通过化学键形成的相对稳定的微观或者亚微观聚集体，团簇的物理化学性质随着所包含的原子数目的变化而变化。团簇空间尺度的范围从几埃到几百埃的范围变化，其性质不同于单个原子分子也不同于固体和液体，而具有其特殊的的性质，因此人们把团簇看成是介于原子、分子与宏观固体物质之间的物质结构的新层次。团簇的结构决定了其特殊的性质，因此研究团簇的结构是一件非常有意义的事情。然而，团簇结构的寻找是一件非常困难的事情，但通过人们不断的研究已发展了一系列的算法，为团簇结构的研究打下了一定的基础。
　　氢键，作为一种特殊的相互作用，自从1922年提出以来，受到人们的广大关注，而研究工作的重点主要集中于N···H键和O···H键上。对氢键的研究可以很好的对其参与的物理化学生物过程给予很好的了解。而氨水团簇中存在着大量的氢键，对氨水团簇的研究可以为氢键的研究提供一定的理论基础。
　　本文我们首先利用经验势得到(NH3)2(H2O)4中性团簇和[(NH3)2(H2O)m=2，3]-负电团簇的初始结构，在得到初始结构的基础上利用密度泛函理论(DFT/B3LYP)在6-31G(d)基组下对初始结构进行几何优化和频率计算。对优化过的几何构型，挑选出稳定的构型，利用相同的理论和方法在6-311++G(d，p)基组下进行几何优化和频率计算。最后在得到稳定构型的基础上利用MP2方法计算出能量并与之相比较，得出最稳定的构型。在对最稳定构型的红外谱分析中我们可以发现，个功能团所对应的振动频率和实验上测量的功能团所对应的频率吻合的很好，这也进一步说明了此结构可能为稳定存在的结构。
　　本文的主要内容有:
　　第一章:分别介绍了团簇的概念、研究背景、类别、性质以及团簇研究的主要方向、现阶段的困难、意义前景和以及本人的工作。
　　第二章:介绍了在进行研究中所涉及的基础理论和计算方法，其主要包括变分原理、微扰理论、密度泛函理论、自洽计算中的基函数、振动频率的计算等并简要的说明了Gaussian03程序的主要功能。
　　第三章:在利用B3LYP方法在/6-31G(d)和/6-311++G(d，p)基组水平上对(NH3)2(H2O)4团簇进行了几何优化和频谱探究，得到了16中可能的稳定结构，在得到稳定结构的基础上计算了团簇的能量、氢键长的平均值，并进一步分析了红外振动谱。
　　第四章:在B3LYP/6-31G(d，p)和B3LYP/6-311++G(d，p)水平上对[(NH3)2(H2O)m=2，3]-负电团簇进行进行了结构优化，在得到稳定构型的基础上在利用其他方法进行能量计算，并比较得出最稳定的结构。在得到稳定结构的基础上计算了能量、氢键键长的平均值，并分析了团簇的红外振动谱。
　　第五章:总结了本文所做的工作，同时对下一步的工作进行展望，为以后的研究指明方向。

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第一章 团簇综述

1.1 团簇的概念

1.2 团簇的分类

1.3 团簇的性质

1.4 团簇研究的主要方向

1.5 团簇的制备

1.6 团簇研究的背景

1.7 团簇研究的意义

1.8 氨水团簇的研究现状及本文工作

第二章 理论基础和计算方法

2.1 schrodinger ?? 方程和变分原理

2.2 Hartree 自洽场

2.3 Hartree——Fock 近似

2.4 密度泛函理论（Density Functional Theory)

2.5 自洽计算的基函数

2.6 振动频率分析和红外振动谱

2.7 Gaussian03 程序的说明

第三章 (NH3)2(H2O)4稳定结构及频谱探究

3.1 引言

3.2 方法和理论

3.3 结果和讨论

3.4 频谱分析

3.5 结论

第四章[(NH3)2(H2O)m=2,3]-负电团簇结构稳定性和红外振动谱的分析

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 （NH3)2(H2O)2-计算结果及讨论

4.4 （NH3)2(H2O)3-计算结果及讨论

4.5 小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章

致谢