重金属(镉、汞和铅)氧化物电子结构与光谱性质的理论研究

Heavy metal (Cd, Hg, and Pb) oxide molecules have obvious biotoxicity, which could pollute environment severely. Pollution monitoring and treatment require accurate spectral data of the molecules. However, these data provided by current studies of molecular spectroscopy are still incomplete. The objective of our present proposal is to investigate the electronic structures and spectroscopic properties of the molecules and their ions with quantum-mechanical ab initio methods. We will use a high-level multireference configuration interaction method to calculate the potential energy curves of the excited states of the molecules and their ions, where the Davidson correction, the scalar relativistic effect, the core-valence correlation effect and the spin-orbit coupling effect are also taken into account. On the basis of accurate calculation of transition dipole moments, excitation energies, and the Franck-Condon factors between the excited states and the ground state, we will simulate the radiation transition properties of the excited states. With the aid of the calculated spin-orbit matrix elements, the predissociation of some specific electronic states induced by the coupling of the excited states are analyzed, which could reveal the diffuseness of the spectroscopy in experiments. The proposal will add some understanding on the electronic structures, spectroscopy and interactions of the states, providing theoretical support for correlated experimental studies.

重金属(镉、汞和铅)氧化物分子具有显著的生物毒性，对环境造成严重的污染。监测和治理这些污染物需要掌握它们的精确的光谱数据。然而，目前的分子光谱研究给出的这类分子的光谱数据仍不完备。本课题采用量子力学从头计算方法研究这些分子及其离子的电子态的电子结构和光谱性质。项目拟利用高精度的多参考组态相互作用方法计算这些分子及其离子的激发态势能曲线，计算中将考虑Davidson修正、标量相对论效应、内壳层-价壳层电子关联效应和自旋-轨道耦合效应。基于这些分子及其离子的激发态的跃迁偶极矩，激发能，激发态-基态的Franck-Condon因子，模拟出激发态的辐射跃迁性质。根据计算的激发态间的自旋-轨道矩阵元，分析激发态间的耦合作用诱导的某些特定电子态预解离行为，从而合理解释实验上的光谱弥散现象。项目研究将有助于加深对重金属氧化物分子及其离子的电子态结构、光谱及相互作用的认识，为相关的实验研究提供理论支持。

重金属(镉、汞和铅)氧化物分子会造成严重环境污染。监测和治理这类氧化物的环境污染需要它们的精确的光谱数据，但是目前这类有毒分子的光谱数据仍较为有限。该项目应用高精度的量子力学从头计算方法研究重金属氧化物分子及离子的结构，获得这类氧化物分子及离子的电子态的辐射跃迁特性和光谱数据。项目执行期间，测试了基组、完全活性空间自洽场计算的活性空间的大小以及内壳层-价壳层关联电子数目。基于测试后的基组和活性空间，应用多参考组态相互作用方法计算重金属氧化分子及其离子的基态和激发态的电子结构。为了进一步提高计算的精确度，计算中还考虑了Davidson修正、内壳层-价壳层关联效应、矢量相对论效应（自旋-轨道耦合效应）对电子结构的影响。应用数值方法求解一维核运动的Schrödinger方程，得到了束缚电子态的光谱常数。本项目计算得到PbO分子的X1Σ+，13Σ+和13Σ-的光谱参数与现有的实验结果吻合很好，说明了本项目理论结果的可靠性;借助于Λ-S态之间的自旋-轨道耦合矩阵元，分析了电子态之间的相互作用对13Σ+态的光谱性质的影响。基于理论计算得到的激发态-基态之间的跃迁偶极矩，Franck-Condon因子，振动能级之间的能量差，计算出了PbO及其离子的11Π，21Π，21Σ+，12Σ+和32Π态的辐射寿命。本项目还计算了PbO+，CdO，CdO+和HgO的能量较低的电子态的结构和光谱数据；通过分析Λ-S态之间的自旋-轨道耦合矩阵元在交叉点附近的数值，阐明预解离所导致的激发态的谱带弥散和断裂等现象。本项目的理论计算给出的重金属氧化物较为完备的光谱数据可以为监测和治理这类氧化物提供理论支持。在本项目的支持下，共发表9篇SCI学术论文。