分子晶体及范德华团簇红外光谱的理论研究及集体振动模式的分析
[Abstract]:With the rapid development of hardware such as supercomputers and the continuous improvement of numerical methods, first-principles calculations of quantum chemistry, especially density functional theory (DFT), have been widely applied in materials science and nanotechnology. Theoretical simulation provides a great deal of supplement, analysis and explanation of mechanism for experimental science. However, the theoretical simulation of weak intermolecular interactions remains a challenging topic. In recent years, a series of new methods to simulate the interaction between molecules have been developed through the combination of theoretical derivation and experimental data, which makes it possible for us to study the related systems. Based on density functional theory (DFT), the structure and infrared spectra of molecular crystals, surface adsorption, polymer structures and infrared spectra are simulated and the effects of intermolecular interactions on the properties of materials are analyzed. The thesis consists of the following chapters: chapter 1 briefly introduces the density functional theory and intermolecular forces. The introduction of density functional theory (DFT) includes the development of theory, the development of exchange-related energy Functionals for simulating real systems, the theoretical methods for structural optimization and the DFT theory for analyzing the vibration characteristics of matter. Several kinds of interactions and examples are introduced, and their effects in molecular crystals are also discussed. At the end of this chapter, several kinds of computing software used in this paper are introduced. In the second chapter, the vibration modes of aniline crystals are simulated and their infrared spectra are analyzed, and the effect of intermolecular interaction on molecular crystals is studied. It is found that the intermolecular force not only causes some infrared vibration modes to change greatly in frequency displacement and absorption peak intensity, but also induces some collective vibration modes in the long range delocalization of crystals. In order to compare the calculated results of aniline crystals, we simulated the aniline polymer van der Waals cluster and acetanilide crystals in chapter 3. Through the analysis and discussion of their infrared vibrational modes, we find the relatively large frequency shifts and absorption peak intensity changes similar to those of aniline crystals, but no collective vibration modes induced by intermolecular forces are found. It is thus revealed that the special chain structure of hydrogen atoms in aniline crystal is the key to the long range delocalized collective vibration mode under the influence of intermolecular interaction. In chapter 4, the adsorption properties of different cuprous oxide on lead ions were studied. Through the theoretical simulation and comparison with the experimental results of the geometrical structure and adsorption energy of several kinds of cuprous oxide crystal planes, the materials with the best adsorption performance in practice are found out. The fifth chapter summarizes this paper and puts forward the prospect of the future development.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O641.121
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,本文编号:2367734
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