水环境对甲酰胺低能电子散射共振态的影响研究

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电子-分子碰撞广泛存在于辐射物理学,天体物理学,聚变科学,等离子体蚀刻等领域,是研究分子结构与动力学的重要手段之一。相关电子散射实验研究表明,低于电离阈值的低能电子可以占据分子的未占据轨道,形成电子分子共振态,导致DNA分子中单链或双链的断裂,阐明了低能电子可以诱导生物分子的辐射损伤,由此激发了若干有关低能电子与生物分子散射的实验和理论研究。大多数的实验和理论研究都只考虑气相中的孤立生物分子,而没有考虑周围生物环境的影响。然而生物分子的辐射损伤实际发生在凝聚体的环境中,所有具有生物功能的分子都被其他分子所包围,主要是水分子。水合团簇被认为是连接纯气相与发生辐射损伤的实际环境之间的桥梁系统,并且从理论上看,微水化体系富含更多的电子,但却可以用与孤立分子相同的方法来处理。因此,研究生物团簇分子的低能电子碰撞过程具有重要的实际意义。在本篇论文中,我们将通过构建不同的散射模型,以及采用R-矩阵理论方法来研究甲酰胺水合团簇分子的低能电子散射过程。本文中我们以甲酰胺水合团簇为研究对象,为了研究水环境对溶质甲酰胺的共振态的影响,我们考虑了甲酰胺-H2O络合物的三种构象和甲酰胺-(H2O)2络合物的四种构象,本文主要关注微水溶剂对甲酰胺的π*和σ*形状共振态的影响。在研究过程中,通过结合静态交换(SE)和静态交换加极化势模型(SEP),在0.01-8 e V能量范围内理论计算得到了甲酰胺-(H2O)n(n=1,2)络合物的低能电子弹性散射积分截面,分别在每个甲酰胺团簇中预测到了一个π*形状共振态,其主要来自于A″对称性的贡献。我们把团簇的计算结果与孤立甲酰胺分子的结果做了比较,结果表明,周围的水分子可能会影响π*形状共振态的寿命,从而影响由阴离子态驱动的过程,比如电子贴附解离。为了进一步探究造成团簇中溶质甲酰胺的π*和σ*形状共振态的稳定或不稳定的原因,我们从分子轨道能量和溶质中的净电荷等方面进行了分析讨论,解释了计算的结果。
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