碘离子和碱金属离子水合作用的理论研究

论文摘要

离子在水溶液中的溶剂效应对于许多化学和生命过程起着至关重要的作用。本文应用量子化学和分子力学方法对碘离子、碱金属离子的水合作用进行理论研究。应用MP2和B3LYP方法在6-311++G（d,p）水平下对气相中碘离子水分子团簇I-（H2O）n（n=16）进行了结构的优化及振动频率的计算（其中I-采用赝势基组LANL2DZ）,在此基础上选择MP2/6-311++G（2d,2p）对其稳定构型进行了能量的计算。应用原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场（ABEEM/MM）,确定了碘-水分子相互作用势的势能函数。将该势能函数应用于I-（H2O）n（n=16）体系中,计算了包括几何结构和结合能的性质,结果表明ABEEM/MM计算的团簇结构和结合能等结果,与量子化学计算的结果相一致。进一步我们应用构建的I--H2O体系的势能函数,分子动力学模拟研究碘离子水溶液体系,结果表明I-H径向分布函数的第一、第二峰分别位于0.29和0.41 nm处;I-O径向分布函数的第一、第二峰分别位于0.39和0.45 nm处;第一、二水合层的水分子数分别为8.5和9.4,均与实验和其它模拟的结果有较好的一致性。对于碱金属离子水分子团簇,在MP2/aug-cc-pVDZ水平下对气相中M+H2On（M=Li,Na,K,Rb,Cs;n=16）进行了结构的优化（其中M+采用赝势基组LANL2DZ,除Na+）,同时对振动频率和结合能进行计算。结果表明在水合碱金属团簇中,从Li+H2OnCs+H2On,离子-氧原子之间的平均距离逐渐增大,总的结合能逐渐减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 卤素离子和碱金属离子简介
• 1.1.1 卤素离子
• 1.1.2 碱金属离子
• 1.2 碘离子和碱金属离子水合作用的研究现状
• 1.3 本文的研究思路
• 2 基础理论和计算方法
• 2.1 分子力学
• 2.2 量子化学
• 2.2.1 从头算法
• 2.2.2 密度泛函理论与电负性均衡方法
• 2.3 结合能
• 2.4 基组重叠误差
• 2.5 分子动力学模拟
• 3 碘离子水合作用的理论研究
• 3.1 ABEEM/MM 应用于碘离子-水分子体系
• 3.2 碘离子水分子团簇的性质
• 2O）_n（n=1～6）的几何构型'>3.2.1 I-（H₂O）_n（n=1～6）的几何构型
• 2O）_n（n=1～6）的电荷分布'>3.2.2 I-（H₂O）_n（n=1～6）的电荷分布
• 3.2.3 碘离子与水分子之间的相互作用能
• 3.2.4 振动频率
• 3.3 ABEEM/MM/MD 模拟碘离子水溶液的性质
• 3.3.1 ABEEM/MM/MD 模拟细节
• 3.3.2 室温下对碘离子水分子团簇相关性质的研究
• 3.4 小结
• 4 碱金属水分子团簇的从头计算研究
• +（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）'>4.1 碱金属水分子团簇M⁺（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）
• +（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的几何构型'>4.1.1 M⁺（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的几何构型
• +（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的电荷分布'>4.1.2 M⁺（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的电荷分布
• +（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的相互作用能'>4.1.3 M⁺（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的相互作用能
• +（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的振动频率'>4.1.4 M⁺（H₂O）_n（M=Li，Na，K；n=1～6）的振动频率
• +（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）'>4.2 碱金属离子水分子团簇M⁺（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）
• +（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的几何构型'>4.2.1 M⁺（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的几何构型
• +（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的相互作用能'>4.2.2 M⁺（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的相互作用能
• +（H₂O）_n（n=1～6）的电荷分布'>4.2.3 Rb⁺（H₂O）_n（n=1～6）的电荷分布
• +（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的振动频率'>4.2.4 M⁺（H₂O）_n（M=Rb，Cs；n=1～6）的振动频率
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢