多原子分子反应动态学的理论研究

作     者：张鑫 

作者单位：中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：韩克利

授予年度：2004年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：准经典轨线 含时波包动力学 势能面 

摘      要：在多原子分子反应动力学的研究中,目前面临的很大挑战是寻找可行的计算方法给出所关心的动力学信息。首先对于多原子分子化学反应,势能面的拟合和构造由于所涉及的独立自由坐标较多显得格外困难;其次量子动力学的研究也需要发展近似模型,而经典动力学的求解也需要新的积分方案。 本文中,我们利用SVRT模型和量子含时波包方法对H+HOD和H+CH反应体系进行了简约维数量子动力学计算;利用数值拟合和模型势结合的方法构造了F+CH的全维数势能面并且进行了速率常数计算;筛选了新的常微分方程积分方案保证了总能量的守恒和大大提高了计算速度。 计算表明在利用SVRT模型处理初始振动激发化学反应时,如果反应物分子的初始振动激发模式能够比较好地利用赝振动模型表示,SVRT模型就能得到准确的计算结果;而对H+CH→H+CH反应同位素效应的研究表明,由于隧道效应,H原子迁移反应比D原子迁移反应在低温和低碰撞能时易于进行。 基于化学上准确的F+CH→HF+CH反应全维势能面的动力学计算表明,HF拉伸振动的强烈激发归因于产物突然形成机理;而CH产物处于微弱的振动激发归因于比较缓慢的产物形成过程。在碰撞能等于2.040Kcal/mol时反应几率有一个很小的振荡峰,这应该是由于量子效应引起的;随着J的增大,振荡峰位置也在向较高的碰撞能方向移动。利用VTST理论通过量子化学计算和势能面得到的速率常数与SVRT计算得到的结果数值上基本比较接近。其中MZYH势能面能够很好的重现实验中观察到的低温速率常数的行为,这是因为修改后的势能面具有负有效能垒的原因。 对几种数值积分方法的研究表明,6阶和8阶辛算法能够非常好的保证体系总能量的守恒(精度为10Kcal/mol);同时6阶算法能够在保证精确度的前提下,大大的提高计算速度。