CO2家族分子构成的范德华复合物振转光谱的理论研究

Intermolecular interactions play an important role in many physical, chemical, and biological fields. van der Waals (vdW) complex is an ideal model in the research of intermolecular interactions. Most theoretical studies have focused on the intermolecular potential energy surface (IPES) for the vdW complexes within rigid monomer model. However, the IPES might not be sufficient for predicting the infrared spectra including at least one intramolecular vibrational excitation. In particular, the shift of the band origin in the observed infrared spectra cannot be correctly calculated based on the IPES. In this project, based on the diagonalization-truncation method, we will propose a new method to construct the IPES including the vibrational effect of monomers via intramolecular vibraitonal frequencies. By this method, the computational cost is decreased drastically for simulating the infrared spectra, which could be used to investigate the interaction between the inter- and intramolecular vibrational motions. Moreover, we will valuate this method by the theoretical study for the rovibrational spectroscopy of three vdW complexes(N2O-CO2、N2O-N2O and OCS-CO2). The results could be used to analyze and predict the experimental results, assist in understanding the intermolecular force.

分子间相互作用力在许多物理、化学和生命过程中发挥着重要作用。范德华复合物是研究分子间相互作用的理想模型。范德华体系的理论研究通常是在刚性单体近似下构建复合物的分子间势能面,而忽略单体的内部运动会在光谱计算中引入误差, 导致难以精确预测和解释实验光谱,如不能正确计算红外光谱的谱带基线平移。本项目提出了一种构建包含分子内振动效应的分子间势能面新方法。该方法基于求解束缚态的对角-截断方法，并结合固定分子间坐标时单体分子的振动频率计算, 使得包含分子内振动激发的光谱计算工作显著简化,并可以研究多种不同的分子内振动模式对分子间相互作用的影响。我们将采用该方法研究三种典型的CO2家族分子复合物(N2O-CO2、N2O-N2O、OCS-CO2 体系)的振转光谱，来检验此方法的准确性。本项目的研究成果能够帮助分析和解释这类复合物丰富的实验结果，有助于深化对分子间相互作用力的认识。

分子间相互作用力在许多物理、化学和生命过程中发挥着重要作用。范德华复合物是研究分子间相互作用的理想模型。针对分子内振动对分子间相互作用的影响这一科学问题，本项目提出了一种构建包含分子内振动效应的分子间势能面新方法。按照项目计划书，我们首先采用该方法研究了Rg-CO2(Rg=He,Ne,Ar,Kr,Xe)复合物振转光谱的谱带基线平移。然后，构建了一系列典型含CO2家族分子复合物体系(如CO2-OCS复合物,CO2-CO复合物，N2-N2O复合物，Rg-CS2 复合物等)的高精度分子间势能面，计算了其振转光谱，讨论了分子内振动对分子间相互作用的影响。研究表明，项目提出的构建包含分子内振动效应的分子间势能面的新方法，使得包含分子内振动激发的光谱计算工作显著简化,并可以研究多种不同的分子内振动模式对分子间相互作用的影响。通过实施该项目，我们发表SCI论文5篇，获得了一系列高精度势能面和诸多理论光谱数据，深化了人们对范德华复合物分子间相互作用的认识，并且这些研究结果能够为进一步的光谱探测工作提供理论指导。