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基于块定域化波函数的绝热表象成键分析方法的发展与应用

批准号:
22073060
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
王长崴
依托单位:
学科分类:
化学理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王长崴

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
成键分析方法是将量子化学计算结果转译为直观化学概念的有效工具,对化学键理论的发展有重要意义。块定域化波函数(Block-localized wavefunction, BLW)方法采用严格定域的轨道和单行列式波函数,兼具价键理论的直观化学图像和分子轨道理论的计算效率,是一种特色鲜明的电子结构计算方法。本项目将发展基于BLW的绝热表象成键分析方法,进而在包含中间电子态结构驰豫的情况下描绘成键图像。此外,针对非共价键理论中亟待解决的若干问题,如分子内非共价键的分析、氢键及卤键红外光谱中振动耦合的影响等,本项目将从能量、电子密度、定域振动模式分析的角度开展绝热表象的成键分析,并重点探究电场对非共价键的调控机制,进而丰富和发展化学键理论。
英文摘要
Methods of Chemical bonding analysis bridge the gap between quantum chemical calculations and the insightful explanations, and is one essential subject for the development of novel chemical bonding theory. The Block-localized wavefunction (BLW) method combines the computational efficiency of MO theory, and the chemically and physically insightful feature of valence bond (VB) theory, by using a single Slater determinant wavefunction constructed with strictly localized orbitals. Methods of bonding analysis in an adiabatic picture based on BLW will be developted, in order to clarify some challenging issues in noncovalent interactions: Study of intramolecular noncovalent interactions is still triky due to the selection of referenced artificial states; Effect of vibrational mode couplings on the infrared spectroscopy of hydrogen and halogen bonds remain to be explored thoroughly, and so on. Accordingly, bonding analysis will be performed in an adiabatic picture and from multi-angles of energy, electron density and especially, localized vibrational mode. More importantly, non-covalent interaction in oriented external electric fields (OEEFs) will be inspected systematically using the proposed approaches.
近年来,新的非共价成键形式及其调控机制不断涌现,给化学键理论发展带来了机遇与挑战。为揭示非共价键的本质、光谱特征及其对环境的响应机制,发展普适的理论模型成为亟待解决的基础问题。成键分析方法的发展至关重要,因其能将量子化学计算结果转化为直观的物理化学概念。然而,现有方法多采用垂直策略,忽视中间电子态弛豫的影响,因此基于绝热表象的成键分析方法亟待发展。块定域化波函数(BLW)方法为此提供了理论基础,支持假想电子态的优化与频率计算,并通过定域轨道构建单行列式波函数,兼具清晰的化学直观与计算效率。在这一背景下,本项目发展了基于BLW的绝热表象成键分析方法,从电子密度、能量和键力常数等角度,系统地开展成键分析。.本项目主要以基于BLW的绝热表象成键分析方法为基础,针对非共价键本质、振动光谱及电场调控机制的研究难点,开展了系统的理论研究。在方法方面,实现了冻结态的结构优化和频率计算,结合BLW与Multiwfn、UniMOVib程序,从能量、电子密度和键力常数角度实现了绝热表象的性质分析。以此为基础,项目研究了同号离子间“反直觉”非共价键的本质,针对亚稳定性无法通过极小点能量分解表征的困难,利用绝热表象的势能面和键力常数分析揭示了亚稳定性的主导因素,结果表明静电相互作用主导了亚稳定性。在光谱研究中,项目通过比较不同电子态的定域振动模式,明确并解释了关键价键结构对溶液中配位键振动光谱变化的主导作用。电场调控方面,项目发展了电场中的能量分解分析,并用其阐明了非共价相互作用中各个物理因素对电场的响应,为电场中的化学键理论研究提供了新的工具和见解。.综上,项目在理论发展需求和方法特质的背景下,发展了基于BLW的绝热表象成键分析。以发展的成键分析为基础,围绕着非共价键的本质、光谱性质和电场调控机制开展了系统的应用研究。项目发展解释亚稳定性的静电模型、溶剂环境对非共价键强度的影响机制,并发展了电场中能量分解分析和非共价键理论模型,为化学键理论的发展带来了新认识。
多卤阴离子体系中化学键本质的计算化学研究
  • 批准号:
    21603274
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王长崴
  • 依托单位:
国内基金
海外基金