多步骤凝聚态化学中的核量子效应：基于路径积分分子动力学的热分解研究
化学物理
2026-03-12 v1 材料科学
摘要
核量子效应（NQEs）是化学反应和反应速率预测理解的关键因素。虽然气相反应中已广泛Incorporate这些效应，但涉及凝聚态的研究往往忽略或对其进行近似处理。为阐明NQEs在分子晶体中多步骤、多分子反应中的作用，我们比较了使用路径积分分子动力学（PIMD）、更近似的量子热浴（QTB）和经典MD（ClMD）对TATB能量材料热分解的原子尺度模拟。PIMD通过将每个原子表示为一串珠子（复制物）来采样量子规范分布，而QTB使用频率相关的恒温器来再现玻色-爱因斯坦分布。我们发现PIMD的结果相对于ClMD导致更快的化学分解，由于初始步骤涉及氢转移过程。有趣的是，后续一些反应（例如N2的形成）发生在相同的尺度上。PIMD模拟还预测相对于经典结果整体活化能降低约8%。正如在模型系统和简单单分子气相反应中所观察到的，QTB显著高估了量子化学反应的加速作用以及活化能的降低。PIMD和中心动力学中动能算子之间的比较为理解QTB与PIMD结果之间的差异提供了见解。
引用
@article{arxiv.2603.10939,
title = {Nuclear Quantum Effects in Multi-Step Condensed Matter Chemistry: A Path Integral Molecular Dynamics Study of Thermal Decomposition},
author = {Jalen Macatangay and Alejandro Strachan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.10939},
year = {2026}
}