项目名称: 水合团簇离子的从头算分子动力学研究

项目编号: No.21473151

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 刘志锋

作者单位: 香港中文大学深圳研究院

项目金额: 80万元

中文摘要: 水溶液的微观结构,一直是物理化学研究中的一个难题,因为通常溶液的实验只能得到统计平均。由一个溶质离子与数个水分子组成的水合团簇离子,为解决这一难题提供一条特殊的途径。这些团簇离子可以在气相生成与测量,通过改变水分子数目就可以调控微观溶化环境,尤如在气相搭起溶液的分子模型。最新发展出来的谱学实验技术,已经可以直接探测水合团簇离子的微观结构。理论化学计算是解释这些实验数据中必不可少的一环,但是传统量子化学计算中的结构优化与谐振分析却无法解析实验观察到的动力学效应。 我们计划以结合密度泛函与分子动力学的从头算分子动力学方法,模拟多原子酸根负离子的水合团簇随实时的演变,不但探索其结构的多重性,计算其自由能,并且直接模拟实验上观察到的动力学效应。这些酸根离子在自然界与生物体中都起着重要的作用,其水合团簇的实验研究已多有报道。我们的计算结果,将揭示这些离子的溶化动力学与溶化层形成的深层微观规律。

中文关键词: 量子化学计算;从头算分子动力学;水分子团簇;振动光谱;自由能计算

英文摘要: Understanding the microscopic details of solvation in aqueous solutions has been a challenge in physical chemistry, as only average quantities could be obtained in solution experiments. Hydrated ionic clusters, with a solute ion surrounded by a few water molecules, have provided a special way to meet this challenge. They are produced and probed in the gas phase, and their micro-solvation environment can be controlled by the number of water molecules, essentially providing a molecular model for solution. By the spectroscopic techniques developed in recent years, it is now possible to directly probe the micro-solvation details in such cluster ions. Theoretical calculations are an indispensable part of such studies, but the conventional quantum chemistry calculations based on optimized structures and harmonic analysis cannot account for the dynamic effects observed in experiments. We plan to apply the ab initio molecular dynamics method, which combines the density functional theory with molecular dynamic, to study the evolution of solvation structures in real time for poly-atomic anions solvated by water. The proposed simulations will not only probe the manifold of the potential surface for these clusters and calculate their free energy, but also analyze the experimentally observed an-harmonic and dynamic effects. These anions play important roles, both in the nature and in biological bodies, and their hydrated clusters have been the subject of many experimental studies. Our simulation results should provide insights into the underlying interactions governing the solvation dynamics and the formation of solvation shells for these anions.

英文关键词: Quantum Chemistry;Ab Initio Molecular Dynamics;Water Clusters;Vibrational Spectroscopy;Free Energy Calculations

成为VIP会员查看完整内容
0

相关内容

【AAAI2022】利用化学元素知识图谱进行分子对比学习
专知会员服务
27+阅读 · 2021年12月3日
专知会员服务
28+阅读 · 2021年8月27日
【ICML2021】学习分子构象生成的梯度场
专知会员服务
14+阅读 · 2021年5月30日
最新「图机器学习药物发现」综述论文,22页pdf245篇文献
专知会员服务
31+阅读 · 2021年5月7日
【斯坦福经典书】机器学习导论,188页pdf
专知会员服务
77+阅读 · 2021年3月31日
【经典书】线性代数元素,197页pdf
专知会员服务
55+阅读 · 2021年3月4日
最新《机器学习理论初探》概述
专知会员服务
42+阅读 · 2020年5月19日
GPU 计算和深度学习在药物发现中的转型作用
机器之心
1+阅读 · 2022年5月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
0+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
14+阅读 · 2021年8月5日
Arxiv
15+阅读 · 2019年6月25日
小贴士
相关VIP内容
【AAAI2022】利用化学元素知识图谱进行分子对比学习
专知会员服务
27+阅读 · 2021年12月3日
专知会员服务
28+阅读 · 2021年8月27日
【ICML2021】学习分子构象生成的梯度场
专知会员服务
14+阅读 · 2021年5月30日
最新「图机器学习药物发现」综述论文,22页pdf245篇文献
专知会员服务
31+阅读 · 2021年5月7日
【斯坦福经典书】机器学习导论,188页pdf
专知会员服务
77+阅读 · 2021年3月31日
【经典书】线性代数元素,197页pdf
专知会员服务
55+阅读 · 2021年3月4日
最新《机器学习理论初探》概述
专知会员服务
42+阅读 · 2020年5月19日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
微信扫码咨询专知VIP会员