对含水体系中原子核量子效应的理论研究

凝聚态的水、水分子团簇、天然气水合物等体系非常重要，其中氢键具有关键意义。在温度和原子核量子效应的作用下，含水体系处于不断的运动之中。因为氢原子的质量很小，氧原子的质量也较小，同时氢键的势阱平缓，非谐性强，所以原子核的量子运动幅度很大，对于含水体系的能量与结构性质具有重要的影响。在此领域中，仍然存在若干重要问题没有得到解决或引起重视。因此，我们建议采用从头计算路径积分分子动力学方法，准确地计算含水体系中的原子核量子效应，解释与预测实验，提炼有普遍意义的物理模型。待研究的重要问题包括：透彻地理解水分子与水分子二聚体中的核量子效应，检验在水分子团簇中核量子效应是否使体系解离所需的温度升高和使O-O距离伸长，考察水分子团簇在势能面局域极小构型之间的布居与隧穿，确定核量子效应使水凝聚相中的氢键增强亦或减弱，计算核量子效应对水熔点的影响，探索核量子效应在天然气水合物中的影响。