Research Advances on Nonadiabatic Energy Transfer Dynamics for Triatomic Molecules

doi:10.7503/cjcu20210116

Abstract

Abstract:

The collision energy transfer processes involving nonadiabatic transition play important roles in atmosphere， interstellar， combustion chemistry， and chemical lasers. Since such energy transfer processes usually involve a variety of nonadiabatic effects between multiple electronic states， theoretical studies on the diabatic potential energy surfaces and dynamics calculations are very challenging. In this paper， we review the calculation methods of the diabatic potential energy matrices， the diabatic potential energy surfaces， the conical intersections， and spin-orbit couplings in the nonadiabatic energy transfer dynamics， focused on two important nonadiabatic energy transfer processes of C（¹D）+N₂ and I（²P_3/2）+O₂（a¹Δ_g）. The dynamics of both two nonadiabatic energy transfer processes are discussed and summarized. The importance of the nonadiabatic effects in these processes is also revealed.

Key words: Nonadiabatic effect, Spin-orbit coupling, Conical intersection, Potential energy surface, Quantum dynamics （Ed.： Y， K， S）

CLC Number:

O643.12

TrendMD:

AN Feng, HU Xixi, XIE Daiqian. Research Advances on Nonadiabatic Energy Transfer Dynamics for Triatomic Molecules[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2103.

Figures/Tables 6

References 58

1	An F.， Han S.， Hu X.， Xie D.， Guo H.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2019， 21（17）， 8645—8653
2	Han S.， Zheng X.， Ndengué S.， Song Y.， Dawes R.， Xie D.， Zhang J.， Guo H.， Sci. Adv.， 2019， 5（1）， eaau0582
3	Jiang B.， Xie D.， Guo H.， J. Chem. Phys.， 2011， 134（23）， 231103
4	Jiang B.， Xie D.， Guo H.， J. Chem. Phys.， 2012， 136（3）， 034302
5	Zhou L.， Xie D.， Guo H.， J. Chem. Phys.， 2015， 142（12）， 124317
6	An F.， Chen J.， Hu X.， Guo H.， Xie D.， J. Phys. Chem. Lett.， 2020， 11（12）， 4768—4773
7	Bender C. F.， O'Neil S. V.， Pearson P. K.， Schaefer H. F.， Science， 1972， 176（4042）， 1412—1414
8	Alexander M. H.， Capecchi G.， Werner H. J.， Science， 2002， 296（5568）， 715—718
9	Juanes⁃Marcos J. C.， Althorpe S. C.， Wrede E.， Science， 2005， 309（5738）， 1227—1230
10	Wang X.， Dong W.， Xiao C.， Che L.， Ren Z.， Dai D.， Wang X.， Casavecchia P.， Yang X.， Jiang B.， Xie D.， Sun Z.， Lee S. Y.， Zhang D. H.， Werner H. J.， Alexander M. H.， Science， 2008， 322（5901）， 573—576
11	Yang T.， Chen J.， Huang L.， Wang T.， Xiao C.， Sun Z.， Dai D.， Yang X.， Zhang D. H.， Science， 2015， 347（6217）， 60—63
12	Yuan D.， Guan Y.， Chen W.， Zhao H.， Yu S.， Luo C.， Tan Y.， Xie T.， Wang X.， Sun Z.， Zhang D. H.， Yang X.， Science， 2018， 362（6420）， 1289—1293
13	Chang Y.， Yu Y.， Wang H.， Hu X.， Li Q.， Yang J.， Su S.， He Z.， Chen Z.， Che L.， Wang X.， Zhang W.， Wu G.， Xie D.， Ashfold M. N. R.， Yuan K.， Yang X.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 1250
14	Xie Y.， Zhao H.， Wang Y.， Huang Y.， Wang T.， Xu X.， Xiao C.， Sun Z.， Zhang D. H.， Yang X.， Science， 2020， 368（6492）， 767—771
15	Jiang B.， Xie C.， Xie D.， J. Chem. Phys.， 2011， 134（11）， 114301
16	Jiang B.， Xie C.， Xie D.， J. Chem. Phys.， 2011， 135（16）， 164311
17	Xie C.， Jiang B.， Xie D.， Sun Z.， J. Chem. Phys.， 2012， 136（11）， 114310
18	Hickson K. M.， Loison J. C.， Lique F.， Kłos J.， J. Phys. Chem. A， 2016， 120（16）， 2504—2513
19	Braun W.， Bass A. M.， Davis D. D.， Simmons J. D.， Proc. Royal Soc. A， 1969， 312（1510）， 417—434
20	Husain D.， Kirsch L. J.， Chem. Phys. Lett.， 1971， 9， 412—415
21	Fontana P. R.， Phys. Rev.， 1962， 125（1）， 220—228
22	Walker T. E. H.， Richards W. G.， Phys. Rev.， 1969， 177（1）， 100—101
23	Berning A.， Schweizer M.， Werner H. J.， Knowles P. J.， Palmieri P.， Mol. Phys.， 2000， 98（21）， 1823—1833
24	Bearpark M. J.， Handy N. C.， Palmieri P.， Tarroni R.， Mol. Phys.， 1993， 80（3）， 479—502
25	Yarkony D. R.， Int. Rev. Phys. Chem.， 1992， 11（2）， 195—242
26	Alexander M. H.， Manolopoulos D. E.， Werner H. J.， J. Chem. Phys.， 2000， 113， 11084—11100
27	Alexander M. H.， Capecchi G.， Werner H. J.， Faraday Discuss.， 2004， 127， 59—72
28	Lefebvre⁃Brion H.， Field R. W.， Perturbations in the Spectra of Diatomic Molecules.， Academic Press， Orlando， 1986
29	Werner H. J.， Follmeg B.， Alexander M. H.， J. Chem. Phys.， 1988， 89（5）， 3139—3151
30	Alexander M. H.， Corey G. C.， J. Chem. Phys.， 1986， 84（1）， 100—113
31	Blanco M. A.， Flórez M.， Bermejo M.， J. Mol. Struc. Theochem.， 1997， 419（1—3）， 19—27
32	Jiang B.， Guo H.， J. Chem. Phys.， 2013， 139， 054112
33	Li J.， Jiang B.， Guo H.， J. Chem. Phys.， 2013， 139， 204103
34	Deakin J. J.， Husain D.， J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2， 1972， 68， 1603—1612
35	Derwent R. G.， Thrush B. A.， Faraday Discuss. Chem. Soc.， 1972， 53， 162—167
36	Burde D. H.， McFarlane R. A.， Wiesenfeld J. R.， Phys. Rev. A， 1974， 10（6）， 1917—1920
37	Young A. T.， Houston P. L.， J. Chem. Phys.， 1983， 78（5）， 2317—2326
38	Burde D. H.， Yang T. T.， McFarlane R. A.， Chem. Phys. Lett.， 1993， 205（1）， 69—74
39	Marter T. V.， Heaven M. C.， J. Chem. Phys.， 1998， 109（21）， 9266—9271
40	Marter T. V.， Heaven M. C.， Plummer D.， Chem. Phys. Lett.， 1996， 260（1）， 201—207
41	Copeland D. A.， Bauer A. H.， IEEE J. Quan. Electron.， 1993， 29（9）， 2525—2539
42	Kaledin A. L.， Heaven M. C.， Morokuma K.， Chem. Phys. Lett.， 1998， 289（1）， 110—117
43	Kaledin A. L.， Heaven M. C.， Morokuma K.， J. Chem. Phys.， 2001， 114（1）， 215—224
44	Hobey W. D.， McLachlan A. D.， J. Chem. Phys.， 1960， 33（6）， 1695—1703
45	Smith F. T.， Phys. Rev.， 1969， 179（1）， 111—123
46	Naskar K.， Mukherjee S.， Mukherjee B.， Ravi S.， Mukherjee S.， Sardar S.， Adhikari S.， J. Chem. Theory Comput.， 2020， 16（3）， 1666—1680
47	Heumann B.， Weide K.， Düren R.， Schinke R.， J. Chem. Phys.， 1993， 98（7）， 5508—5525
48	Simah D.， Hartke B.， Werner H. J.， J. Chem. Phys.， 1999， 111（10）， 4523—4534
49	Dobbyn A. J.， Knowles P. J.， Mol. Phys.， 1997， 91（6）， 1107—1124
50	Harrevelt R. V.， Hemert M. C. V.， J. Chem. Phys.， 2000， 112（13）， 5787—5808
51	Cave R. J.， Newton M. D.， Chem. Phys. Lett.， 1996， 249（1）， 15—19
52	Cave R. J.， Newton M. D.， J. Chem. Phys.， 1997， 106（22）， 9213—9226
53	Han S.， Wang Y.， Guan Y.， Yarkony D. R.， Guo H.， J. Chem. Theory Comput.， 2020， 16（11）， 6776—6784
54	Hong Y.， Yin Z.， Guan Y.， Zhang Z.， Fu B.， Zhang D. H.， J. Phys. Chem. Lett.， 2020， 11（18）， 7552—7558
55	Yin Z.， Braams B. J.， Fu B.， Zhang D. H.， J. Chem. Theo. Comput.， 2021， 17（3）， 1678—1690
56	Jornet-Somoza J.， Lasorne B.， Robb M. A.， Meyer H. D.， Lauvergnat D.， Gatti F.， J. Chem. Phys.， 2012， 137（8）， 084304
57	Lenzen T.， Manthe U.， J. Chem. Phys.， 2017， 147（8）， 084105
58	Viel A.， Eisfeld W.， J. Chem. Phys.， 2004， 120（10）， 4603—4613

[1]	SHANG Chenyao, ZHANG Donghui. Analytical Gradient Method for Fundamental Invariant Neural Networks [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2146.
[2]	WANG Jian, ZHANG Hongxing. Theoretical Study on the Structural-photophysical Relationships of Tetra-Pt Phosphorescent Emitters [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2245.
[3]	BAI Xu, HAN Chaoying, ZHU Hua. Theoretical Studies of the Potential Energy Surface and Rovibrational Spectra for Kr-C₂H₂ [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(8): 1649.
[4]	CAO Dan, LI Yuanying, SU Qingqing, WANG Bin, LIU Fengyi, WANG Wenliang. CASSCF and MS-CASPT2 Studies on an Electron-tunable,1,2-Dicyanoethylene-based Optical Molecular Switch^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(6): 1128.
[5]	SONG Yanli, LIU Yajun. Spin-orbit Coupling ab initio Investigation on the Photolysis Mechnism of CH₂BrI^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(11): 2163.
[6]	QU Zexing, GAO Jiali. Multistate Density Function Theory and the Construction of Diabatic and Adiabatic Potential Energy Surfaces^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(11): 2236.
[7]	ZHANG Zhi-Hong, LEI Peng. Dynamic Study of the Isotopic Effect on Ca+CD₃I→CaI+CD₃ Reaction Used Quasi-classical Trajectory Method [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(6): 1450.
[8]	GAO Si-Meng, HE Hai-Peng, DING Yi-Hong. SnAl₄^- and PbAl₄^-: Two New Planar Tetra-coordinate Molecule [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(1): 185.
[9]	CI Cheng-Gang, DUAN Xue-Mei, LIU Jing-Yao*, SUN Chia-Chung. Theoretical Studies on Photodissociation Mechanism of Glycoladehyde [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(7): 1588.
[10]	SHAO Chang-Bin, JIN Lin, DING Yi-Hong*. Theoretical Study on Isomerization Stability of B₄O Molecule [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2010, 31(2): 348.
[11]	XIE Chang-Jian, CHEN Rong, ZHU Hua, XIE Dai-Qian. Ab initio* Potential Energy Surface and Microwave Spectra of Ne-CO₂ [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(9): 1851.
[12]	ZHANG Wen-Bin, SHI Guo-Sheng, DING Yi-Hong*, SUN Chia-Chung. SnCNN: A Molecule Containing Sn≡≡C Bond [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(7): 1427.
[13]	SHI Guo-Sheng, DING Yi-Hong^. Theoretic Studies on the Reaction Mechanism Between H₂NO^· Radicals and cis*-2-Butene [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(2): 382.
[14]	ZHAO Shu-Tao, YAN Bing^*, LI Rui, GUO Qing-Qun, TIAN Chuan-Jin, LIAN Ke-Yan, PAN Shou-Fu. Spin-orbit ab intio Calculation Studies on C-I Bond Dissociation of C₂F₅I Molecule [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(1): 170.
[15]	ZHOU Zhong-Jun, LIU Hui-Ling, HUANG Xu-Ri*, SUN Chia-Chung. Forecasting for the Stable Isomers of [C,O,S] System [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2008, 29(8): 1641.