VH3分子穩定構型的理論研究

任桂明

摘要：本文用密度泛函中的B3LYP和BP86方法在DZP全電子基組水平上對VH3分子的較低能量構型及其對稱性、電子態、總能量、相對能量、電偶極矩、鍵長、鍵角等進行了理論計算，結果表明：兩種方法計算所得VH3分子都具有三個較低能量構型，基態構型結構幾乎一致，均屬D3h對稱點群，其余構型具有C2v對稱性。

關鍵詞：密度泛函（DFF）;釩氫化合物;穩定構型

中圖分類號：0641.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）02-0292-01

1.引言

過渡金屬釩在電子能譜學、膠體穩定性、電極材料等方面倍受青睞。對過渡金屬釩的理論研究上，Salahub和Messmer用自旋極化自洽場（sCF）-xa-SW方法計算了釩團簇的性質。秦渝，方志剛等人采用密度泛函理論，研究了團簇V，P2的穩定結構和電子性質。賈美葉，何圣貴等人對氧化釩團簇正離子與硫化氫反應的實驗和理論研究。Su等人通過實驗得到了釩團簇的鍵離解能。研究釩的氫化物的結構及其形成機理目前鮮見文獻報道。本文的目的是利用密度泛函中的B3LYP和BP86的方法對VH3的穩定結構的總能量、對稱性、電子態等進行理論研究和計算，為進一步研究釩氫化物體系提供理論參考。

2.計算方法

先將一個釩原子、三個氫原子組成各種具有高對稱性的不同的空間結構，再分別調整釩氫原子之間的鍵長、鍵角和二面角等參數，在Windows環境下，分別用B3LYP和BP86方法在DZP全電子基組水平上對VH3分子進行理論研究和計算。

3.結果與討論

圖1給出了用兩種密度泛函方法計算得到的VH3分子的基態構型（即COS3和2-1T），基態構型V-H之間的鍵長都為1.675A，鍵角為120°，它是一個具有較高對稱性的結構。表1和表2分別給出了用B3LYP和BP86方法計算得到的VH3分子三個較低能量構型的對稱性及電子態、總能量（E）、相對能量（AE）、電偶極矩。表1中COS3結構能量為：-945.71265198a.u.，具有Dsh對稱性，電偶極矩為：ODebye，該分子為非極性分子。從能量的角度看：該結構的能量是最低的，為基態結構。比基態構型能量高39.3Kca/mol的一重態構型COSl，具有C2v對稱性，電偶極矩為：0.3469Debye，該分子為弱極性分子。COS5構型，能量比基態能量高58.6Kcal/mol，具有C2v對稱性，電偶極矩為：2.1306Debye，為極性分子。表2中2-1T結構能量為：一945.82645925a.u.，具有D3h對稱性，電偶極矩為：0Debye，該分子為非極性分子。從能量的角度看：該結構的能量是最低的，該結構為基態結構。比基態的能量高5.3Kcal/mol的2-1Q構型，具有C2v對稱性，它的電偶極矩為：3.3740Debye，該分子為極性分子，圖1可知該構型還有兩個特殊的H原子，不但與金屬V原子連接，兩個H原子還相互連接，含有一個氫分子。一重態的2—1s構型的能量比基態高31.9 Kcal/mol，具有c2，對稱性，電偶極矩為：0.0030 Debye，為弱極性分子。

4.結語

本文運用兩種密度泛函方法，從理論上預測了VH3分子的較低能量構型，計算出的所有結構均無虛頻。從能量的角度分析了VH3分子的穩定性，VH3分子的基態為三重態，即本文中的COS3、2-1T結構。用B3LYP方法計算所得的一重態構型COSI和五重態構型COS5，其能量都比基態分子能量高出30Kcal/mol以上，而用BP86方法計算所得的五重態構型2—1Q能量僅比基態構型高5.3Kcal/mol，而一重態的2-1S構型能量比基態能量高31.9Kcal/mol。基態構型對稱性為D3h，電子態為：A1’，都為非極性分子，且V與H原子之間的鍵長都在單鍵長度要求的范圍內。