Computation of accurate excitation energies for large organic molecules with double-hybrid density functionals

文献情報

出版日 2009-03-23
DOI 10.1039/B902315A
インパクトファクター 3.676
著者

Jonas Moellmann, Stefan Grimme


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要旨

Time-dependent double-hybrid density functional methods are evaluated for the calculation of vertical singlet–singlet valence excitation energies of a wide variety of organic molecules. Beside the already published TD-B2-PLYP method, an analogous approach based on the recently published ground state B2GP-PLYP functional is presented for the first time. Double-hybrid functionals contain a hybrid-GGA-like part for which a conventional TDDFT linear response treatment is carried out. The thus obtained excitation energies are afterwards corrected by adding a non-local correlation portion, which is based on an CIS(D) type excited state perturbative correction. Both, TD-B2-PLYP and TD-B2GP-PLYP, are first applied to the 142 vertical singlet excitation energies in a benchmark set by Schreiber et al., that contains small and medium sized organic molecules. In a second part, a new benchmark set composed of five large organic dyes is proposed. Accurate reference values are derived from experimental 0–0 excitation energies in solution. A back-correction scheme based on TDDFT computations is presented by which solvent, relaxation and vibrational effects are removed, yielding experimental vertical gas phase excitation energies with an estimated accuracy of about ±0.1 eV. The TD-B2-PLYP, TD-B2GP-PLYP and a variety of conventional TDDFT methods are then applied to this new benchmark set. The results for both considered test sets show that the new double-hybrid approaches yield the smallest mean absolute deviations of 0.22 eV for the first benchmark set and 0.19 eV (TD-B2-PLYP) and 0.16 eV (TD-B2GP-PLYP) for the new organic dye test set. Apart from a break-down of the perturbative correction for very high-lying transitions (larger than 8 eV), it is generally found that the double-hybrid functionals show high robustness and accuracy that cannot be obtained with conventional density functionals (e.g. B3-LYP).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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