计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (3): 327-334.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8404
吉航1,2,3, 孙仲谋1,2, 周卓彦1, 刘玉柱1,2,*()
收稿日期:
2021-05-24
出版日期:
2022-05-25
发布日期:
2022-09-02
通讯作者:
刘玉柱
作者简介:
吉航, 主要从事光学和光谱的研究
基金资助:
Hang JI1,2,3, Zhongmou SUN1,2, Zhuoyan ZHOU1, Yuzhu LIU1,2,*()
Received:
2021-05-24
Online:
2022-05-25
Published:
2022-09-02
Contact:
Yuzhu LIU
摘要:
基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G++基组水平上,计算研究外加电场下CO分子及离子物理性质,包括总能量、键长、电荷分布、能级分布和红外光谱,并根据势能曲线研究CO外加电场下的降解。随着外电场逐渐增大(- 0.015 a. u.~0.015 a. u.),CO的性质发生明显的变化, 电场增大到一定程度时可实现CO分子降解。同样,CO+离子的总能量随电场的增大逐渐减小,键长变长,偶极矩逐渐变大,分子能隙在Alpha轨道中逐渐减小,在Beta轨道中逐渐增大,红外光谱的强度相应逐渐增大。电场从0.0 a. u增大到0.150 a. u.时,势能曲线的变化同样表明CO+离子离解能减小。电场增大到一定程度时可实现CO+离子降解。
吉航, 孙仲谋, 周卓彦, 刘玉柱. 外电场对CO分子及离子性质的调制和降解[J]. 计算物理, 2022, 39(3): 327-334.
Hang JI, Zhongmou SUN, Zhuoyan ZHOU, Yuzhu LIU. Modulation and Degradation of CO Molecular and Ionic Properties with External Electric Field[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(3): 327-334.
Method | Re/Å | E/Hartree |
B3LYP/6-311G++ | 1.146 92 | -113.300 013 |
B3LYP/6-311 | 1.147 32 | -113.296 813 |
BVP86/6-311G++ | 1.159 46 | -113.308 410 |
BVP86/6-311 | 1.160 21 | -113.305 365 |
Experimental[ | 1.128 20 |
表1 不同方法优化CO分子基态的结构
Table 1 Structure of CO molecular ground state optimized with different methods
Method | Re/Å | E/Hartree |
B3LYP/6-311G++ | 1.146 92 | -113.300 013 |
B3LYP/6-311 | 1.147 32 | -113.296 813 |
BVP86/6-311G++ | 1.159 46 | -113.308 410 |
BVP86/6-311 | 1.160 21 | -113.305 365 |
Experimental[ | 1.128 20 |
图1 基态CO分子的几何构型(箭头所示为外加电场方向。)
Fig.1 Geometric configuration of CO molecule at ground state (The direction of arrow represents external electric field.)
F/a.u. | E/Hartree | Re/Å | μ/Debye |
-0.015 | -113.301 152 69 | 1.142 07 | 0.513 9 |
-0.010 | -113.300 353 82 | 1.143 49 | 0.299 4 |
-0.005 | -113.299 974 98 | 1.145 04 | 0.086 8 |
0.0 | -113.300 013 34 | 1.146 74 | 0.124 8 |
0.005 | -113.300 467 33 | 1.148 59 | 0.335 9 |
0.010 | -113.301 336 68 | 1.150 60 | 0.547 1 |
0.015 | -113.302 622 38 | 1.152 77 | 0.759 2 |
表2 不同外电场下CO分子的键长和能量及偶极矩
Table 2 Bond lengths, energy and dipole moments of CO molecules under different external electric fields
F/a.u. | E/Hartree | Re/Å | μ/Debye |
-0.015 | -113.301 152 69 | 1.142 07 | 0.513 9 |
-0.010 | -113.300 353 82 | 1.143 49 | 0.299 4 |
-0.005 | -113.299 974 98 | 1.145 04 | 0.086 8 |
0.0 | -113.300 013 34 | 1.146 74 | 0.124 8 |
0.005 | -113.300 467 33 | 1.148 59 | 0.335 9 |
0.010 | -113.301 336 68 | 1.150 60 | 0.547 1 |
0.015 | -113.302 622 38 | 1.152 77 | 0.759 2 |
F/a.u. | E/Hartree | Re/Å | μ/Debye |
-0.015 | -112.760 316 43 | 1.130 90 | 2.348 0 |
-0.010 | -112.765 093 44 | 1.131 06 | 2.508 8 |
-0.005 | -112.770 184 52 | 1.131 25 | 2.667 3 |
0.0 | -112.775 585 88 | 1.131 78 | 2.824 2 |
0.005 | -112.781 294 58 | 1.132 26 | 2.979 5 |
0.010 | -112.787 308 41 | 1.133 01 | 3.133 9 |
0.015 | -112.793 625 39 | 1.133 82 | 3.287 2 |
表3 不同外电场下CO+离子的键长和能量及偶极矩
Table 3 Bond lengths, energies and dipole moments of CO+ ions under different external electric fields
F/a.u. | E/Hartree | Re/Å | μ/Debye |
-0.015 | -112.760 316 43 | 1.130 90 | 2.348 0 |
-0.010 | -112.765 093 44 | 1.131 06 | 2.508 8 |
-0.005 | -112.770 184 52 | 1.131 25 | 2.667 3 |
0.0 | -112.775 585 88 | 1.131 78 | 2.824 2 |
0.005 | -112.781 294 58 | 1.132 26 | 2.979 5 |
0.010 | -112.787 308 41 | 1.133 01 | 3.133 9 |
0.015 | -112.793 625 39 | 1.133 82 | 3.287 2 |
F/a.u. | C | O |
-0.015 | 0.074 | -0.074 |
-0.010 | 0.091 | -0.091 |
-0.005 | 0.107 | -0.107 |
0.0 | 0.122 | -0.122 |
0.005 | 0.136 | -0.136 |
0.010 | 0.149 | -0.149 |
0.015 | 0.162 | -0.162 |
表4 外加电场对CO分子电荷分布的影响
Table 4 Effect of applied electric field on charge distribution of CO molecules
F/a.u. | C | O |
-0.015 | 0.074 | -0.074 |
-0.010 | 0.091 | -0.091 |
-0.005 | 0.107 | -0.107 |
0.0 | 0.122 | -0.122 |
0.005 | 0.136 | -0.136 |
0.010 | 0.149 | -0.149 |
0.015 | 0.162 | -0.162 |
F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV |
-0.015 | -0.071 83 | -0.407 09 | 0.335 26 |
-0.010 | -0.067 05 | -0.401 33 | 0.334 28 |
-0.005 | -0.063 04 | -0.395 73 | 0.332 69 |
0.0 | -0.059 33 | -0.390 31 | 0.330 98 |
0.005 | -0.055 90 | -0.385 06 | 0.327 22 |
0.010 | -0.052 76 | -0.379 98 | 0.327 22 |
0.015 | -0.049 89 | -0.375 08 | 0.325 19 |
表5 分子的前线轨道能量与能隙
Table 5 Frontier orbital energy and energy gap
F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV |
-0.015 | -0.071 83 | -0.407 09 | 0.335 26 |
-0.010 | -0.067 05 | -0.401 33 | 0.334 28 |
-0.005 | -0.063 04 | -0.395 73 | 0.332 69 |
0.0 | -0.059 33 | -0.390 31 | 0.330 98 |
0.005 | -0.055 90 | -0.385 06 | 0.327 22 |
0.010 | -0.052 76 | -0.379 98 | 0.327 22 |
0.015 | -0.049 89 | -0.375 08 | 0.325 19 |
Alpha | Beta | |||||||
F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV | F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV | |
-0.015 | -0.457 96 | -0.872 94 | 11.287 456 | -0.015 | -0.669 81 | -0.872 15 | 5.503 648 | |
-0.010 | -0.455 65 | -0.870 00 | 11.270 32 | -0.010 | -0.663 98 | -0.870 96 | 5.629 856 | |
-0.005 | -0.453 44 | -0.867 05 | 11.250 192 | -0.005 | -0.658 24 | -0.869 87 | 5.756 336 | |
0.0 | -0.451 43 | -0.864 06 | 11.223 536 | 0.0 | -0.652 60 | -0.868 76 | 5.879 552 | |
0.005 | -0.449 49 | -0.861 05 | 11.194 432 | 0.005 | -0.647 04 | -0.867 77 | 6.003 856 | |
0.010 | -0.447 72 | -0.857 99 | 11.159 344 | 0.010 | -0.641 58 | -0.866 78 | 6.125 44 | |
0.015 | -0.446 04 | -0.854 90 | 11.120 992 | 0.015 | -0.636 22 | -0.865 87 | 6.246 48 |
表6 离子的前线轨道能量与能隙
Table 6 Frontier orbital energies and energy gaps of ions
Alpha | Beta | |||||||
F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV | F/a.u. | EL/eV | EH/eV | EG/eV | |
-0.015 | -0.457 96 | -0.872 94 | 11.287 456 | -0.015 | -0.669 81 | -0.872 15 | 5.503 648 | |
-0.010 | -0.455 65 | -0.870 00 | 11.270 32 | -0.010 | -0.663 98 | -0.870 96 | 5.629 856 | |
-0.005 | -0.453 44 | -0.867 05 | 11.250 192 | -0.005 | -0.658 24 | -0.869 87 | 5.756 336 | |
0.0 | -0.451 43 | -0.864 06 | 11.223 536 | 0.0 | -0.652 60 | -0.868 76 | 5.879 552 | |
0.005 | -0.449 49 | -0.861 05 | 11.194 432 | 0.005 | -0.647 04 | -0.867 77 | 6.003 856 | |
0.010 | -0.447 72 | -0.857 99 | 11.159 344 | 0.010 | -0.641 58 | -0.866 78 | 6.125 44 | |
0.015 | -0.446 04 | -0.854 90 | 11.120 992 | 0.015 | -0.636 22 | -0.865 87 | 6.246 48 |
F/a.u. | f/cm-1 | IR intensity |
-0.015 | 2 099.28 | 48.533 6 |
-0.010 | 2 088.54 | 57.668 6 |
-0.005 | 2 076.65 | 67.585 9 |
0.0 | 2 063.59 | 78.304 9 |
0.005 | 2 049.34 | 89.849 8 |
0.010 | 2 033.85 | 102.249 1 |
0.015 | 2 017.08 | 115.536 0 |
表7 不同电场下CO分子的红外光谱
Table 7 Vibration frequency and IR electric field intensity of CO molecules under electric fields
F/a.u. | f/cm-1 | IR intensity |
-0.015 | 2 099.28 | 48.533 6 |
-0.010 | 2 088.54 | 57.668 6 |
-0.005 | 2 076.65 | 67.585 9 |
0.0 | 2 063.59 | 78.304 9 |
0.005 | 2 049.34 | 89.849 8 |
0.010 | 2 033.85 | 102.249 1 |
0.015 | 2 017.08 | 115.536 0 |
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