普适的基于能量分块方法的发展及其在离子液体和分子晶体发光性质中的应用

发布时间：2020-12-11 15:40

　　准确计算分子的能量和性质,以便更好的理解化学反应和材料的性质是理论化学的主要研究目标。对于小体系,其基态能量和热力学性质可通过第一性原理的方法精确得到（±1kcal/mol）。然而,随着研究体系的增大,传统的量子化学方法的计算量呈指数增加。为了把量子化学计算应用到大体系,理论化学家发展了很多线性标度的量子化学方法。作为一种高效的线性标度量子化学方法,普适的基于能量分块（Generalized Energy-Based Fragmentation,GEBF）方法已广泛应用于计算大体系（如分子团簇、蛋白质和凝聚相体系）的基态能量、结构优化、振动光谱、NMR等性质。在GEBF方法中,大体系的基态能量（或性质）可以表示为一系列静电嵌入的子体系的基态能量（或性质）的线性组合。这一策略使得大体系的量子化学计算变得非常容易。本论文的主要工作集中在GEBF方法的发展和应用。主要贡献是提出了基于离子对的分块策略,使得GEBF方法可应用到离子液体团簇、凝聚相离子晶体和离子液体凝聚相的结构、振动光谱、NMR等性质的从头计算。同时,我们将GEBF方法应用于理解分子晶体的发光性质,并提出了一种改进的QM/MM方... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１．化学家关心的几类研究体系??

独进行传统的量子化学计算，进而得到每一个子体系的能量（或性质）。然后将??每一个子体系的结果组装起来便近似得到大体系的能量（或性质），其工作原理??如图１－２所示。在分子碎片方法中，由于每一个子体系的计算完全独立于其他子??体系的计算，即每一个子体系可以单独的在某一节点上运算，因此，该方法最大??优点是可以适用于超级计算机的大规模的并行计算，并实现大分子体系和凝聚相??体系的高效计算。??当前，分子碎片方法可分为两大类：一类是利用电子相关的局域性，忽略那??些贡献极小的长程电子相关项，即采用定域分子轨道性质求得碎片的能量或性质??［３＇８］；另一类则利用分子片段的能量或其他电子结构性质在大体系中的可迁移性，??采用正则分子轨道方法直接求得碎片的能量或性质［９－１１］。由于采用正则分子轨道??的分子碎片方法，每一个子体系的能量或性质可以直接通过传统的量子化学软件??求得，因此该方法使得大体系的能量或性质的计算非常容易。鉴于该方法计算精??度较高

加和的方法求得。由于每一个子体系的能量可以通过传统的量子化学软件得到，??因此ＧＥＢＦ方法拓展了从头算量子化学方法计算范围，可用于实验学家感兴趣??的各类复杂体系计算，如图１－３所示。??翁戴??＾?（２）??（３）?（４）??图１－３．ＧＥＢＦ方法适用体系：（１）分子团族；（２）蛋白质；（３）ＤＮＡ；⑷凝聚相??ＧＥＢＦ方法的核心问题是：分块、根据分块构建一系列的子体系以及求得子??体系的系数（Ｇ〇［１９，２（＾。这里，我们简要介绍ＧＥＢＦ方法的这一核心过程，主要包??含以下步骤：??（１）


本文编号：2910794