最小冰粒氢键拓扑结构的红外光谱研究(Nat. Comm. 2020)

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水八聚体的立方结构由六个四元环组成的团簇体系,能很好的用来解释氢键拓扑结构细微变化所驱动的协同作用。虽然许多不同的结构被预测出来,但从振动光谱中提取出结构信息仍待实现,这需要电中性团簇的尺寸选择性具有足够的分辨率来识别不同异构体的贡献。清华大学/南方科技大学李隽课题组、胡撼石课题组、中国科学院大连化学物理研究所杨学明课题组、张东辉课题组和江凌课题组报导了使用可调真空紫外自由电子激光器阈值光离子化方案,测得孤立的冷冻、电中性八聚水的特定尺寸红外光谱,结果观察到大量的尖锐振动带特征。 对红外光谱的理论分析表明存在五个立方异构体,其中两个具有手性。这些结构的相对能量反映出不同的拓扑相关、离域多中心氢键作用。这些结果表明,即使有共同的结构特征,氢键网络之间的合作程度差异也导致了不同层次的结构。 为了解水八聚体的电子结构,作者利用离域定域分子轨道(LMO)理论分析了立方异构体的氢键网络,进行了自然键轨道(NBO)、自适应自然密度分配(AdNDP)、能量分解分析-化学价自然轨道(EDA-NOCV)和主相互作用轨道(PIO)等分析。 利用AMS软件ADF模块,在GGA-PBE/TZ2P水平上,利用EDA-NOCV分析了立方异构体中氢键相互作用的的本质。EDA-NOCV方案提供了关于化学键中轨道相互作用强度和贡献的定性(Δρorb)和定量(ΔEorb)信息。 参考文献: Gang Li, Yang-Yang Zhang, Qinming Li, Chong Wang, Yong Yu, Bingbing Zhang, Han-Shi Hu, Weiqing Zhang, Dongxu Dai, Guorong Wu, Dong H. Zhang, Jun Li, Xueming Yang & Ling Jiang, Infrared spectroscopic study of hydrogen bonding topologies in the smallest ice cube, Nature Communications volume 11, Article number: 5449 (2020)

ADF

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概述 ADF是历史最悠久的模块,是世界上第一个DFT软件。 ADF擅长分子、团簇DFT计算。使用目前最先进的相对论方法,精确考虑自旋-轨道耦合效应,全面包含分子与团簇在第一性原理计算领域的常见功能。 主要功能 效率:支持节点内、跨节点高效并行计算,对较大体系,128核甚至256核也能达到近乎线性的加速大体系计算,例如大体系吸收光谱方法:最先进的相对论方法,计算自旋-轨道耦合,因此对过渡金属、重元素体系、磷光与系间窜跃也非常擅长GW方法:G0W0、 eigenvalue-only self-consistent GW (evGW)、G3W2 泛函更新迅速,包含所有最新的重要泛函,例如SCAN、-D4(EEQ)色散修正泛函等高精度STO基组丰富的光谱性质、非线性光学、热力学、核磁共振丰富的分析方法:成键分析、电荷与电子密度分析功能列表:成键分析与化学反应:键级、键能、能量分解EDA、电荷分解CDA、化学价自然轨道ETS-NOCV分子轨道MO投影到碎片轨道SFO、SFO可视化通过Laplacian电子密度与键关键点区分化学键类型、DORI过渡态搜索、自动探索过渡态和局部能量最小值谱学性质:紫外可见吸收谱(非相对论方法、相对论动能修正、考虑自旋轨道耦合),X射线吸收谱(XANES、EXAFS、XPS)、激发态的辐射跃迁寿命、磷光发射谱、荧光发射谱、SOCME估算系间窜跃、激发态间跃迁偶极矩新的快速计算紫外可见吸收光谱的方法POLTDDFT考虑COSMO溶剂化的TDDFT红外光谱、拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、AOResponse: 考虑旋轨耦合的极化率与Raman光谱(开壳层)NMR化学位移(其他商业软件目前较难正确计算顺磁项)、NICSVCD、MCD、ESR、EPR、零场劈裂ZFS、Frank-Condon谱极化率、原子核处电子密度 非线性光学:超极化率、衰减一阶超极化率β、衰减二阶超极化率γ、零频β、光学矫正β、EOEP β、SHG β、零频γ、EFIOR γ、OKE γ、IDRI γ、EFISHG γ、THG γ、TPA γ 多种特殊模型处理方法:新QTAIM与Conceptual DFT,Constrained DFT,FDE方法,收缩变分DFT(CV(n)-DFT)用于单重态-三重态激发的计算(该功能不像普通的TDDFT那样被电荷转移激发所困扰)、配体场DFT(LFDFT)(对 d → d和f → d电子转移的情况,令计算结果更可靠),基于LFDFT的ESR g-张量双峰、XMCD计算DIM/QM(DRF梯度)电荷、电子密度分析:一般DFT方法、高精度GW方法计算电子亲和势EA、解离势IPAIM(Bader)、NBO分析Natural Population Analysis(NPA)、Mulliken(默认计算)、Hirshfeld(默认计算)、Voronoi形变电荷(默认计算)ELF、(非共价作用)NCI、SEDD、基态差分电子密度、电子激发差分电子密度 电荷迁移性:转移积分方法计算分子间载流子迁移性、金属-配体电荷转移(MLCT)、激发态电荷转移描述符溶剂化方法:隐式溶剂化COSMO、SCRF、3D-RISM、FDE显式溶剂化:QMMM、多尺度模拟 范德华色散系数 热力学性质:热容、Gibbs自由能、熵、焓等 磁学性质:磁化率、Verdet常数、旋转g张量 ADF泛函列表 应用 AMS知识库,阅读ADF最新应用案例中文教程