含硫小分子体系全维势能面的构建及其反应动力学研究

Recently, sulfur-containing molecular systems have already become the focus of the research due to the important role they play in the atmosphere environment. However, in order to study thoroughly the properties and the reaction dynamics of sulfur-containing molecular systems, construction of global molecular potential energy surface(PES) with high accuracy is the first priority, since PES is the basis of exploring molecular structure, spectroscopy and vibrational energies，etc., and it also is the cornerstone of molecular reaction dynamics studies. The main goal of the current project includes two parts: (1) Constructing the global PESs with high accuracy for the ground, excited, and coupled states of small sulfur-containing molecular systems to obtain the electronic structure, energies and vibrational frequencies of the molecular equilibrium, transition states and saddle points. (2) Using the methods of both quasiclassical trajectory and quantum dynamics to study the relevant reaction dynamics based on the newly developed PESs to calculate the dynamics parameters such as the rate constants, differential and integral cross sections, analyze the isotope effect, quantum tunnelling effect and non-adiabatic effect, which can reveal the microscopic reaction mechanism of small sulfur-containing molecular systems. This project is significant in exploring and revealing both the properties and the chemical reaction mechanism of sulfur-containing molecular systems.

硫对大气环境有着重要的影响，因而含硫分子体系近年来已经成为研究的焦点。然而，为了深入地研究含硫分子体系的性质和反应机制，构建高精度的全维分子势能面是第一要务，因为分子势能面是研究分子结构、分子光谱及分子振动能级等性质的基础，同时也是分子反应动力学研究的基石。本项目的主要研究内容包括两部分：（1）构建高精度的含硫小分子体系基态、激发态及耦合态的全维势能面，得到分子的平衡结构、过渡态及鞍点的结构、能量和振动频率等性质；（2）基于新构建的势能面分别利用准经典轨线理论和量子动力学方法研究相关的分子反应动力学，计算分子反应速率常数、微分截面和积分截面等动力学参数，分析反应过程中的同位素效应、量子隧穿效应和非绝热效应等，揭示含硫小分子体系的微观反应机理。该项目对于在原子水平和量子态层次上深入认识和揭示含硫分子体系的性质和化学反应规律具有重要意义。

从原子、分子层次上研究基元反应的动态结构和动态过程，进而揭示基元反应的微观反应机理，是原子与分子物理重要的研究内容。为了精确地研究分子反应的动力学性质，构建高精度的全维势能面是非常重要的。本项目构建了一系列双原子和三原子分子体系高精度的全维势能面，详细地分析了分子体系的性质和势能面的特点，并利用含时波包方法研究了一系列基元反应的动力学性质，揭示了反应的微观机理。具体研究成果如下：. 1、构建了双原子分子S2(a1Δg) 和(b1∑g) 激发态，Na2基态(X1∑g)和激发态(a3∑u)高精度的解析势能函数，得到了精确的平衡位置的几何结构、解离能、光谱常数以及振动频率等参数，并计算了振动和转动能级，与其它的理论和实验结果符合得很好。. 2、构建了一系列三原子分子体系高精度的全维势能面。利用双多体展开方法(DMBE)构建了HLi2(X 2A′)和FH2(1 2A′)分子基态以及HS2(A 2A′)分子激发态的全维势能面，利用多体展开方法和AP势能函数构建了HCS(X 2A′)和H2O+(X 4A′′)基态的全维势能面，所构建势能面的均方根误差比较小，准确地描述了分子体系的性质。. 3、利用含时波包方法和劈裂算符传播方案研究了科里奥利耦合效应和反应物振动激发对H(2S)+Li2(X1∑g)反应的影响，反应物振动激发和同位素效应对N+H2和S+D2反应的影响，利用含时波包方法和切比雪夫传播方案研究了反应物振动激发对H+S2反应动力学性质的影响。. 在该基金的资助下，本项目(NO. 11304185)的研究进展比较顺利，较好地完成了科学研究和人才培养的任务，达到了预期目标。通过本项目的开展，取得了一些有意义的研究成果，发表在Sci. Rep.，Chem. Phys. Lett.，Euo. Phys. J. D，Comput. Theor. Chem.和Chin. Phys. B等刊物上，共发表SCI收录学术论文14篇，其中二区论文1篇，三区论文4篇，四区论文9篇。获得山东省高等学校优秀科研成果奖三等奖2项。指导硕士研究生论文3篇，博士研究生论文1篇，1名硕士研究生硕博连读，其中1篇被评为校优秀硕士毕业论文，三名研究生获得国家奖学金，三名硕士研究生获得学校的硕士研究生科研创新基金项目的资助。目前指导硕士研究生3名，协助指导博士研究生1名。