$G_0W_0$ 计算的第一排过渡金属水合离子的电离能

我们报告了在 $GW$ 近似下,对近乎完整系列的第一排过渡金属 (V-Cu) 水合离子在其最常见氧化态(即 V$^{3+}$、Cr$^{3+}$、Cr$^{2+}$、Mn$^{2+}$、Fe$^{3+}$、Fe$^{2+}$、Co$^{2+}$、Ni$^{2+}$ 和 Cu$^{2+}$)垂直电离能的计算。这些系统的 $d$ 轨道占据范围广泛,从 $d^2$ 到 $d^9$。所有结构首先在密度泛函理论水平上进行了优化,使用了一个由嵌入在连续溶剂化模型中的大量显式水分子构成的簇。使用一次性 $G_0W_0$ 方法在一系列过渡金属离子簇(6、18、40 和 60 个显式水分子)上计算了垂直电离能,其中针对包含 40 个水分子的系统评估了相对于基组大小的收敛性。我们使用三种不同的密度泛函近似作为垂直电离能计算的起点来评估结果,即 $G_0W_0$@PBE、$G_0W_0$@PBE0 和 $G_0W_0$@r$^2$SCAN。虽然使用这三种交换关联泛函预测的基态结构相似,但使用 $G_0W_0$@PBE0 和 $G_0W_0$@r$^2$SCAN 方法时,垂直电离能与实验更为吻合,且基于 r2SCAN 的计算成本显著降低。所有结构的计算键长和垂直电离能均与可用的实验数据进行了比较,并表现出良好的一致性。