基于第一性原理建模的水中溶剂化氢氧根与水合氢离子的结构与动力学性质
化学物理
2022-07-20 v2 计算物理
摘要
从第一性原理分子动力学（AIMD）出发预测水中溶剂化氢氧根与水合氢离子的非对称结构与动力学一直是一项具有挑战性的任务。其困难主要源于缺乏准确且高效的交换关联泛函来阐明这两种离子的两亲性以及普遍存在的质子转移行为。通过在 AIMD 模拟中采用强约束且适当归一化（SCAN）的 meta-GGA 泛函，我们系统地考察了这两种水离子的两亲性、溶剂化结构、电子结构以及动力学性质。特别地，我们将这些结果与 PBE0-TS 泛函（一种准确但计算代价更高的交换关联泛函）所预测的结果进行了比较。我们证明，通用型 SCAN 泛函为描述这两种水离子提供了可靠的选择。具体而言，在 SCAN 对水离子的描述中，氢氧根附近第四和第五根氢键的出现稳定了锅状溶剂化结构并抑制了结构扩散，而水合氢离子则稳定地向邻近分子提供三根氢键。因此，氢氧根倾向于逐步质子转移（PT），而水合氢离子倾向于协同 PT 行为。结果表明，氢氧根在水中的扩散慢于水合氢离子，这与实验一致。
引用
@article{arxiv.2110.04470,
title = {Structural and Dynamic Properties of Solvated Hydroxide and Hydronium Ions in Water from Ab Initio Modeling},
author = {Renxi Liu and Chunyi Zhang and Xinyuan Liang and Jianchuan Liu and Xifan Wu and Mohan Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.04470},
year = {2022}
}
备注
16 figures