黏土中的氢键与核量子效应
化学物理
2022-03-14 v2
摘要
氢键在黏土化学中至关重要，它介导黏土表面与水之间的相互作用，并对某些材料而言介导不同层之间的相互作用。众所周知，黏土计算模型的精度取决于处理电子结构的理论层级。然而，对于氢键体系，轻 H 核在电子势能面上的运动常受量子离域影响。利用路径积分分子动力学，我们表明核量子效应导致黏土结构发生相对较小、但可与在不同电子结构理论层级处理黏土所引起的差异相比的变化。考虑量子效应削弱了黏土中的氢键，且黏土不同层之间的 H 键比同层内的受影响的程度更大；这归因于层内 H 原子的限制与其是否参与氢键无关。更重要的是，核量子效应对氢键的削弱引起这些体系振动谱的变化，显著移动 O--H 伸缩峰，意味着要通过计算建模充分理解这些谱，必须同时包含电子与核量子效应。我们表明，在重新参数化流行的黏土 CLAYFF 模型后，其振动谱的 O--H 伸缩区更好地匹配实验谱，且未损害该模型与其他实验性质的一致性。
引用
@article{arxiv.2112.11525,
title = {Hydrogen Bonding and Nuclear Quantum Effects in Clays},
author = {Pawan J. K. Kurapothula and Sam Shepherd and David M. Wilkins},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.11525},
year = {2022}
}