Dynamics Study of Intramolecular Vibrational Energy Redistribution in RDX Molecule

doi:10.7503/cjcu20220393

Abstract

Abstract:

In this paper， based on the Born-oppenheimer molecular dynamics（BOMD） simulations， the coupling matrix between different vibrational modes of cyclotrimethylene trinitramine（RDX） single molecule was constructed， and the optimal energy transfer pathways from low-frequency vibrational mode to high-frequency vibrational mode with different initiation energies were obtained. The results showed that the —NNO₂ group in RDX single molecule was more favorable for energy localization， while vibrational mode v₃ and vibrational mode v₄ played an important role in the energy transfer process from low-frequency vibrational mode to high-frequency vibrational mode. The further analysis for the two vibrational modes of v₃ and v₄ suggested that different initiation energy could lead to different energy transfer pathways for RDX single molecule. With the lower initiation energy， the RDX single molecule tended to follow the energy transfer pathway as， low-frequency vibrational mode → medium-frequency vibrational mode → high-frequency vibrational mode. With the higher initiation energy， the energy tended to transfer from the low-frequency vibrational mode to the high-frequency vibrational mode. This work reveals the detail mechanism of the intramolecular vibrational energy redistribution in single RDX molecule， and can be further applied in the investigation of other energy transfer process.

Key words: Cyclotrimethylene trinitramine（RDX）, Intramolecular vibrational energy redistribution（IVR）, Energy transfer, Born-oppenheimer molecular dynamics（BOMD）

CLC Number:

O641

TrendMD:

ZHANG Lingyu, ZHANG Jilong, QU Zexing. Dynamics Study of Intramolecular Vibrational Energy Redistribution in RDX Molecule[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220393.

Figures/Tables 4

Table 1 Contribution of various groups to the normal mode(N. M.) of RDX

Species	N. M.	Freq./cm^-1	1st	2nd
LF	1—6	46.88—91.36	NNO₂
MF	7—21	204.40—696.69	NNO₂ & CH₂
HF	22—27	711.72—924.00	NNO₂	CH₂
	28—39	956.59—1265.75	CH₂	NNO₂
	40—42	1299.18—1309.35	NNO₂ & CH₂
	43—45	1327.85—1342.02	CH₂	NNO₂
	46—51	1393.09—1787.83	NNO₂	CH₂
UHF	52—57	2586.50—2672.16	C—H

Table 2 Optimal energy transfer pathway from low frequency normal modes(N. M.) to normal mode v48

E/（kJ·mol^-1）	N. M.	Optimal energy transfer pathway
141.69	1	1 $→ 0.0291$ 3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	2	2 $→ 0.0426$ 6 $→ 0.0298$ 4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	3	3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	4	4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	5	5 $→ 0.0447$ 3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	6	6 $→ 0.0298$ 4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
212.57	1	1 $→ 0.0299$ 4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	2	2 $→ 0.0266$ 6 $→ 0.0530$ 4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	3	3 $→ 0.1076$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	4	4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	5	5 $→ 0.0284$ 3 $→ 0.1076$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	6	6 $→ 0.0266$ 2 $→ 0.0251$ 13 $→ 0.0318$ 20 $→ 0.0462$ 17 $→ 0.0451$ 10 $→ 0.0297$ 50 $→ 0.0497$ 48（ $→ 0.1140$ 24）

Table 2 Optimal energy transfer pathway from low frequency normal modes(N. M.) to normal mode v48

E/（kJ·mol^-1）	N. M.	Optimal energy transfer pathway
141.69	1	1 $→ 0.0291$ 3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	2	2 $→ 0.0426$ 6 $→ 0.0298$ 4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	3	3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	4	4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	5	5 $→ 0.0447$ 3 $→ 0.0668$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
	6	6 $→ 0.0298$ 4 $→ 0.0757$ 15 $→ 0.0458$ 14 $→ 0.0718$ 21 $→ 0.1068$ 48（ $→ 0.11061$ 24）
212.57	1	1 $→ 0.0299$ 4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	2	2 $→ 0.0266$ 6 $→ 0.0530$ 4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	3	3 $→ 0.1076$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	4	4 $→ 0.1249$ 15 $→ 0.1000$ 14 $→ 0.0542$ 30 $→ 0.0916$ 57 $→ 0.0672$ 44 $→ 0.0275$ 55 $→ 0.0313$ 37 $→ 0.1398$ 42 $→ 0.0549$ 54 $→ 0.0528$ 25 $→ 0.0417$ 21 $→ 0.0710$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	5	5 $→ 0.0284$ 3 $→ 0.1076$ 48（ $→ 0.1140$ 24）
	6	6 $→ 0.0266$ 2 $→ 0.0251$ 13 $→ 0.0318$ 20 $→ 0.0462$ 17 $→ 0.0451$ 10 $→ 0.0297$ 50 $→ 0.0497$ 48（ $→ 0.1140$ 24）

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