反应N+NH→N2+H的态-态量子动力学研究

doi:10.7503/cjcu20150596

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (11): 2198.doi: 10.7503/cjcu20150596

反应N+NH→N₂+H的态-态量子动力学研究

胡茜茜, 杨俊英, 谢代前()

南京大学化学化工学院, 理论与计算化学研究所, 介观化学教育部重点实验室, 南京 210093

收稿日期:2015-07-30 出版日期:2015-11-10 发布日期:2015-10-26
作者简介:联系人简介: 谢代前, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事分子动态学研究. E-mail:dqxie@nju.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21273104, 21133006)和国家重点基础研究发展计划项目(批准号: 2013CB834601)资助

State-to-state Quantum Dynamics of Reaction N+NH→N₂+H

HU Xixi, YANG Junying, XIE Daiqian^*()

Institute of Theoretical and Computational Chemistry, Key Laboratory of Mesoscopic Chemistry of Ministry of Education,School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China

Received:2015-07-30 Online:2015-11-10 Published:2015-10-26
Contact: XIE Daiqian E-mail:dqxie@nju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用在MRCI/aug-cc-pVQZ水平上构建的N₂H基态势能面, 并运用Chebyshev实波包法研究了N + NH→N₂ + H反应的量子动力学, 如反应几率、积分截面以及产物振转态分布等. 在50~500 K温度范围内, 该反应的速率常数随着温度升高而递增, 与基于其它势能面的理论结果吻合. 然而, 在室温条件下, 所有理论计算的速率常数均显著大于实验值.

关键词: 量子动力学, 波包, 反应截面, 速率常数

Abstract:

Quantum dynamics of reaction N+NH→N₂+H was investigated based on the recently constructed potential energy surface(PES) of N₂H(1²A') by Chebyshev real wavepacket method. The reaction probabilities, integral and diffe-rential cross sections, and ro-vibrational state distributions of the product were reported and compared with previous theoretical results. Besides, the calculated rate constants monotonically increase with the temperature from 50 K to 500 K, consistent with the available theoretical results obtained from other PESs. However, all the calculated values are significantly larger than the only experimental data at room temperature.

Key words: Quantum dynamics, Wavepacket propagation, Cross section, Rate constant

中图分类号:

O641

TrendMD:

胡茜茜, 杨俊英, 谢代前. 反应N+NH→N₂+H的态-态量子动力学研究. 高等学校化学学报, 2015, 36(11): 2198.

HU Xixi, YANG Junying, XIE Daiqian. State-to-state Quantum Dynamics of Reaction N+NH→N₂+H. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(11): 2198.

图/表 7

Table 1 Numerical parameters(in atomic units) used in the CRWP calculations

Grid ranges and basis sizes	R∈[0.7, 17.5], $N R 1$ =499, $N R 2$ =99 r∈[1.2, 14.5], $N r 1$ =161, $N r 2$ =29 γ∈[0, 180°], j=0—j_max=100, N_j=101
Projection	$R ∞' = 9.0$
Initial wavepacket	R₀=12.5, δ=0.18, E₀=0.20 eV
Damping function	D= $exp [- 0.222 (R - 14.0 3.5) 2], 14.0 ≤ R ≤ 17.5 exp [- 0.1 (r - 13.3 1.2) 2 - 0.05], 13.3 < r ≤ 14.5 exp [- 0.05 (r - 10.8 2.5) 2], 10.8 ≤ r ≤ 13.3 1, ot h erwise$
Potential energy cutoff	7.0 eV
Rotational kinetic energy cutoff	5.0 eV
Propagation step	30000

Table 1 Numerical parameters(in atomic units) used in the CRWP calculations

Grid ranges and basis sizes	R∈[0.7, 17.5], $N R 1$ =499, $N R 2$ =99 r∈[1.2, 14.5], $N r 1$ =161, $N r 2$ =29 γ∈[0, 180°], j=0—j_max=100, N_j=101
Projection	$R ∞' = 9.0$
Initial wavepacket	R₀=12.5, δ=0.18, E₀=0.20 eV
Damping function	D= $exp [- 0.222 (R - 14.0 3.5) 2], 14.0 ≤ R ≤ 17.5 exp [- 0.1 (r - 13.3 1.2) 2 - 0.05], 13.3 < r ≤ 14.5 exp [- 0.05 (r - 10.8 2.5) 2], 10.8 ≤ r ≤ 13.3 1, ot h erwise$
Potential energy cutoff	7.0 eV
Rotational kinetic energy cutoff	5.0 eV
Propagation step	30000

Fig.1 Reaction probabilities as a function of collision energy for J=0, 30, 60, 80 and 90 eV

Fig.2 Total ICSs as a function of collision energy

Fig.3 Vibrational state distributions of N2 product at Ec=0.05, 0.10 and 0.20 eV

Fig.4 Rotational state distributions of N2 product at all vibrational levels at Ec=0.10 eV

Fig.5 Total DCSs as a function of scattering angle

Fig.6 Rate constants for the title reaction as a function of temperature

参考文献 35

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State-to-state Quantum Dynamics of Reaction N+NH→N₂+H

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