基于系统改进的氢键网络描述对液态水红外光谱的第一性原理研究
化学物理
2019-09-25 v1 计算物理
摘要
对液态水氢键结构的精确第一性原理理论需要来自密度泛函理论的高阶交换关联近似。基于以最大局域化Wannier函数为基础、通过第一性原理分子动力学模拟的液体结构,我们在正则系综中研究水的红外光谱。特别地,我们同时采用广义梯度近似(GGA)下的Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)泛函,以及由强约束与恰当归一(SCAN)泛函提供的最先进meta-GGA级近似。我们证明SCAN泛函不仅改善了水的结构,也改善了水的理论红外光谱。我们的分析表明,伸缩与弯曲带的改善主要分别归因于分子间与分子内层面上对方向性氢键与共价性的更好描述。另一方面,转动与受阻平移带更好的吻合,源于实验方向上较少结构化的液体所实现的氢键网络动力学的改善。SCAN预测的光谱比GGA水平上常规广泛采用的PBE泛函与实验数据吻合得好得多。
引用
@article{arxiv.1909.10632,
title = {First-principles study of the infrared spectrum in liquid water from a systematically improved description of H-bond network},
author = {Jianhang Xu and Mohan Chen and Cui Zhang and Xifan Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.10632},
year = {2019}
}
备注
8 pages, 4 figures, and 1 table