Theoretische Beschreibung von Kernquanteneffekten in photokatalytischen Reaktionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt wurde wie beabsichtigt mit der Implementierung der NEO-Hartree–Fock Methode im Programm T begonnen, um die Kernquanteneffekte von Protonen in quantenchemischen Rechnungen zu beschreiben. Zusätzlich wurden auch die Gradienten der Energie sowie NEO-Møller–Plesset Störungstheorie zweiter Ordnung (NEO-MP2) zur Beschreibung von Korrelationseffekten in diesen Multikomponentensystemen implementiert. Bei anschließenden Testrechnungen wurden wichtige methodische und technische Details und Fragestellungen evaluiert. Dabei wurde festgestellt, dass folgende Themen untersucht und geklärt werden müssen, bevor mit den geplanten Vorhaben fortgefahren werden kann: • Kern-Elektron Korrelation: Für die Entwicklung eines geeigneten Kern-Elektron Dichtefunktionals zur Anwendung von NEO-Dichtefunktionaltheorie soll zunächst die wesentliche Komponente der Kern-Elektron Korrelation besser verstanden und beschrieben werden, als es aktuell der Fall ist. Hierfür wurde die Herleitung von NEO-RPA begonnen. • Kernspin-Elektronenspin-Wechselwirkung: Die Hyperfeinwechselwirkung zwischen den Spins der Elektronen und der Kerne wird in den aktuell verfügbaren NEO-Methoden nicht beschrieben, stellt jedoch eine zentrale Art der Elektron-Kern-Wechselwirkung dar. Mit dem Vorhandensein einer Kernwellenfunktion ist es grundsätzlich möglich, diese Wechselwirkung explizit zu beschreiben und sogar a priori in die quantenchemische Berechnung mit zu integrieren, statt die entsprechenden Kopplungskonstanten a posteriori zu erhalten. Eine Beschreibung dieser Wechselwirkung ist geplant. • Basissätze für die Kernwellenfunktion: Ein technischer Aspekt von NEO-Berechnungen ist die Notwendigkeit von Basissätzen für die Entwicklung der Kernwellenfunktion. Im Verlauf des Projektes wurde festgestellt, dass die vorhanden Basissätze limitiert sind. Eine konvergente Basissatzreihe, die es erlaubt die Qualität der Kernbasis dem System und der Fragestellung anzupassen, ist de facto nicht existent. Weiterhin wurde beobachtet, dass auch die Basissätze des Wasserstoffs für die elektronische Struktur reoptimiert werden müssen. Die Optimierung von NEO-Basisätzen ist nahezu abgeschlossen. Die grundlegenden Methoden wurden erfolgreich implementiert und eine Erweiterung auf Dynamik und angeregte Zustände ist nicht nur möglich sondern auch für Folgeprojekte vorgesehen. Weiterhin wurde die Anwendung auf Säure-Base-Reaktionen im elektronischen Grundzustand begonnen. Nachdem die aufgeführten Schwierigkeiten abschließend geklärt sind, werden hilfreiche Informationen für beispielsweise Dichtefunktionale vorliegen sowie zuverlässige Basissätze für NEO Rechnungen zur Verfügung stehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- TURBOMOLE: Modular program suite for ab initio quantum-chemical and condensedmatter simulations J. Chem. Phys. 152, 184107 (2020)
S. G. Balasubramani, G. P. Chen, S. Coriani, M. Diedenhofen, M. S. Frank, Y. J. Franzke, F. Furche, R. Grotjahn, M. E. Harding, C. Hättig, A. Hellweg, B. Helmich-Paris, C. Holzer, U. Huniar, M. Kaupp, A. M. Khah, S. K. Khani, T. Müller, F. Mack, B. D. Nguyen, S. M. Parker, E. Perlt, D. Rappoport, K. Reiter, S. Roy, M. Rückert, G. Schmitz, M. Sierka, E. Tapavicza, D. P. Tew, C. van Wüllen, V. K. Voora, F. Weigend, A. Wodyński, and J. M. Yu
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/5.0004635) - Molecular Orientation at the Squalene/Air Interface from Sum Frequency Generation Spectroscopy and Atomistic Modeling J. Phys. Chem. B 125 (15), 3932–3941 (2021)
M. von Domaros, Y. Liu, J. L. Butman, E. Perlt, F. M. Geiger, and D. J. Tobias
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c11158) - Strong Ferromagnetic Exchange Coupling and Single-Molecule Magnetism in MoS4 3 – Bridged Dilanthanide Complexes J. Am. Chem. Soc, 143 (22), 8465–8475 (2021)
L. Darago, M. Boshart, B. Nguyen, E. Perlt, J. Ziller, W. Lukens, F. Furche, W. Evans, and J. Long
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jacs.1c03098)
