6Li32S分子势能函数、光谱常数及辐射研究

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多参考组态相互作用法是一种比较充分考虑了电子相关效应的高精度量子化学电子总能量计算方法,能够较好的预测小分子体系的能谱。LiS是一个简单的硫化物双原子分子,对该分子势能函数和电子态的研究,有利于弄清楚锂电池中硫和锂的结合机理。本文研究了6Li32S双原子分子的9个较低能量电子态(X2Π,a4Δ,B2Δ,b4Δ,A2Σ+,C2Π,F2Σ–,E2Σ+和D2Π)的势能函数和它们的光谱常数,采用量子化学软件包Mopro2010提供的多参考组态相互作用的MRCI/CASSCF/aug-cc-pV5Z量子化学方法对这9个态的势能函数进行了研究。研究表明中性6Li32S双原子分子的基态电子态为X2Π,其平衡核间距为2.141,红外谱频率为638.6 cm-1。基态势能曲线只有一个势能极小点,该电子态的离解极限为6Li(2Pg)+32S(3Pg),其中锂原子Li和硫原子S均处于基态。虽然电子态B2Δ,a4Δ和b4Δ的势能函数和稳定性均不同,其中后两个电子态的自旋多重度与基态电子态X2Π不同,但其离解极限却是相同的,而电子态A2Σ+,C2Π,F2Σ–和E2Σ+自旋多重度均为2,它们均处于激发态,稳定性都不高,它们也有如6Li(2Pg)+32S(1Pg)的相同离解极限,该离解极限的锂原子仍然是基态,但硫原子却处于自旋单重态的激发态。电子态D2Π为该分子的一个低能激发态,其离解极限为正一价的Li离子和负一价的硫离子,也就是说该电子态为一离子对态。利用多参考组态相互作用法,计算了这9个较低能量电子态经过Davison修正后的势能函数与核间距的关系,用Le Roy给出的求解一维薛定谔方程的LEVEL8.0软件,研究了最低激发态A2Σ+态跃迁到基态X2Π态的电子跃迁偶极矩函数,爱因斯坦系数,弗兰克-康登系数和辐射寿命。讨论了最低激发态A2Σ+跃迁到基态X2Π的最低激发态的六个振动能级的寿命,振动量子数越高,能级寿命越短,但这六个振动能级的寿命为相同数量级都在1.5~3.5 ns之间。振动量子数为0的能级寿命最长,也只有3.48 ns。也就是说这六个振动能级的光谱都能在实验上观察到。本文还讨论了电子态C2Π,A2Σ+和B2Δ这三个较低能量激发态跃迁到基态的电子跃迁偶极矩和这三个电子态的寿命。其中最低激发态A2Σ+到基态X2Π跃迁的跃迁偶极矩函数从短核间距的小正值(小于1 Debye)随核间距的增加迅速减小为小负值(大于-1 Debye),然后逐步增加为0 Debye,核间距继续增加,基本稳定在0 Debye。B2Δ态跃迁到基态X2Π跃迁的跃迁偶极矩函数从短核间距的小负值(大于-1 Debye)随核间距的增加迅速增加为小正值(小于1 Debye),然后缓慢减小,到核间距4?以上基本减小到0 Debye,然后稳定在0 debye。C2Π态跃迁到基态X2Π跃迁的跃迁偶极矩函数从短核间距的小正值(小于1 Debye)随核间距的增加迅速减小为小正值(小于1 Debye),然后继续迅速减小在核间距大于3时到达最小值,接近-3 Debye,然后迅速增加到大约4以上核间距时到达最高值,接近4 Debye,然后又迅速减小,到6以上核间距时达到另外一个极小,大约-1 Debye,然后又增加,趋于0 Debye。也就是说这三条线除了最低激发态到基态的跃迁,其它两个跃迁的跃迁偶极函数都不正常。  本论文首先阐述了分子结构和分子光谱的基础理论,包括Born-Oppenheimer近似下的分子势能函数、双原子分子势能函数的性质、原子轨道和分子轨道的对称性以及分子轨道理论的基本要点,并对分子电子状态的构造方法做了简单介绍和比较。其次介绍了量子化学计算的基础,包括多电子体系波函数及能量的表达式、处理电子相关能的后HF方法,在后HF方法中主要阐述了电子相关能的概念、组态相互作用、完全活动空间自洽场和多参考组态相互作用以及单参考态和多参考态组态波函数的构造方法。
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