Xe-H2/HD/D2体系束缚态能级的理论研究

摘要

氢气作为大气组成的重要部分，资源非常丰富，是一种高能环保燃料，在工业生产及航天中发挥重要作用。与氢气形成的各类van der Waals(vdWs)体系是研究分子间各向异性势的原型系统。稀有气体(Rg)和氢气组成的弱束缚系统是第一批用高分辨光谱研究的vdWs分子。对分子间势能面和光谱的理解是物理、化学、生物等领域发展的关键。因此稀有气体和氢气组成的范德瓦尔斯体系引起了广大研究者的兴趣。 本文用从头算方法研究了Xe-H2/HD/D2体系的束缚态能级。采用单双迭代耦合簇(非迭代三重激发)方法(coupled cluster singles and doubles with noniterative inclusion of connected triples)[CCSD(T)]，对H原子采用aug-cc-pVqZ基组，对Xe原子采用考虑相对论效应的aug-cc-pV5Z-PP基组，并加入3s3p2d2f1g中心键函数，计算了体系的相互作用势，并拟合得到体系的解析势能函数。在该解析势能函数的基础上，数值求解相应的解薛定谔方程，计算出体系的束缚态能级，得到它们的跃迁频率。 在刚性近似下，固定H2/HD/D2分子在其平衡位置，分别计算了Xe-H2/HD/D2体系在533个构型下的离散相互作用势；利用非线性最小二乘法拟合得到三个体系的势能面。分析势能面特征发现，每个势能面均有两个线性的局域极小值和一个T型的鞍点。Xe-H2势能面的两个线性极小值等价，位于R＝?7.514a0,θ＝0°/180?处，其势能值为-68.325cm-1。鞍点位于θ＝90°?,R＝7.513a0的位置上，其值为-55.451cm-1。Xe-D2体系极值位置和相应能量和Xe-H2体系相比，几乎没有变化。而Xe-HD体系的两个局域极小值稍有变化，分别在R＝7.748a0,θ＝0°和R＝7.280a0,??180°处，阱深分别为-68.310cm-1和-68.343cm-1。鞍点位于R7.520a0,θ＝88.2°处，是近T型结构，其势能值为-55.450cm-1。这表明三个体系均为线性结构。 通过数值求解薛定谔方程分别得到Xe-H2/HD/D2体系的束缚态能级。计算结果表明，Xe-H2、Xe-HD、Xe-D2体系基态能量分别为-30.184cm-1、-34.505cm-1、-37.724cm-1；三个体系的零点振动能分别为：38.146cm-1、33.835cm-1、30.606cm-1，相应的束缚态能级数目依次为11、17、22条。由能级结构计算出三个体系的光谱跃迁频率。当H原子同位素质量逐渐增大时，能级数目逐渐增多，相应的能级值和零点振动能依次降低。由这三个体系的束缚态能级结构的差异，可以看Xe-H2体系中H原子有较明显的同位素效应。

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第一章 引言

1.1 范德瓦尔斯作用

1.2 体系的研究背景

1.3论文主要结构

参考文献

第二章 势能面与束缚态能级计算的理论基础

2.1势能面理论简介

2.2分子轨道从头算理论基础

2.2.1三个近似基础

2.2.2从头算的主要方法

2.3束缚态能级计算理论方法

2.3.1哈密顿量(Hamiltonian)

2.3.2 解一维Schr?dinger方程

参考文献

第三章 Xe-H2/HD/D2体系势能面和束缚态计算

3.1 Xe-H2/HD/D2体系的势能面

3.1.1相互作用势的计算

3.1.2势能面的解析拟合

3.1.3势能面特征

3.2束缚态能级的计算

3.2.1 Xe-H2/HD/D2体系的束缚态能级

3.2.2 Xe-H2/HD/D2体系的波函数

3.2.3 Xe-H2/HD/D2体系的跃迁频率

3.3 结论

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文目录

致 谢