采用含时量子散射理论研究H+S2反应的动力学性质

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在近几年的化学动力学研究中,人们先后取得了许多重大进展,在理论和实验上对化学反应的研究也已经深入到分子层面上,特别是采用含时量子散射理论研究多原子反应体系的动力学性质获得了较大的成功。含时量子散射理论比经典和准经典方法更精准,比非含时量子方法更高效。许多反应体系都先后从量子理论的角度在态-态反应层面进行了更深入的研究,并与其他方法的计算和实验结果做出比较,逐渐显现出优越性。  含时量子力学方法的核心问题在于求解含时的薛定谔方程,计算的关键就是波函数的传播。与其它波包传播方法相比较,切比雪夫方法既准确又不会浪费计算时间,在不失精确度和稳定性的前提下使哈密顿作用的次数尽可能的减少,从而减少计算量,特别是处理具有较深势阱的化学反应尤为有效。  HX2(X=O,S等)在大气化学和燃烧化学等方面都占有重要地位。例如HS2,此势能面具有以下特征:一方面,在反应路径中存在一个深势阱,另一方面,产物能量高于反应物能量,是一个典型的吸热反应。为了探究HS2在大气层中的稳定性,人们对其进行了许多的实验研究,但到目前为止,大部分的研究也主要集中在2HS基的结构和光谱常量上,却较少地关注2HS基的动力学信息。所以,H+X2这一类碰撞反应在分子反应动力学领域是值得我们对其进行动力学理论研究的。  本文主要采用含时量子散射理论对H+S2反应的动力学性质进行了研究。全文主要包括五部分内容。第一部分主要是针对分子反应动力学的发展史及其最基本的三种计算方法经典、半经典和量子方法进行了简单的介绍,并叙述了分子碰撞的基本观点和含时量子波包方法的应用和发展;第二部分主要是对含时量子散射的基本理论进行了阐述,详细说明了含时薛定谔方程的求解和如何采用切比雪夫方法对波函数进行传播,并简单介绍了反应几率、散射截面和速率常数的计算;第三部分和第四部分主要选择反应体系进行了相关的动力学计算;第五部分是对整篇论文的总结和对发展前景的展望。  其中,第四部分内容是我在研究生期间做的主要工作。首先是对H+S2体系反应几率的研究,讨论了吸热反应的反应阈能、反应几率随总角动量量子数的变化规律以及振动量子数对反应几率的影响等问题。其次,又研究了体系的积分散射截面随碰撞能的变化规律,讨论了深势阱的存在对散射截面的影响,比较了不同振动量子数下的散射截面。最后计算了体系的速率常数随温度变化的曲线,得到了温度、碰撞能对反应体系的影响。对于这个典型的吸热反应,我们得到了一些重要的结论。
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