On the multi-reference nature of plutonium oxides: PuO22+, PuO2, PuO3 and PuO2(OH)2

文献情報

出版日 2017-01-13
DOI 10.1039/C6CP05429C
インパクトファクター 3.676
著者

Florent Réal, Paweł Tecmer, André Severo Pereira Gomes, Örs Legeza, Paul W. Ayers, Valérie Vallet


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要旨

Actinide-containing complexes present formidable challenges for electronic structure methods due to the large number of degenerate or quasi-degenerate electronic states arising from partially occupied 5f and 6d shells. Conventional multi-reference methods can treat active spaces that are often at the upper limit of what is required for a proper treatment of species with complex electronic structures, leaving no room for verifying their suitability. In this work we address the issue of properly defining the active spaces in such calculations, and introduce a protocol to determine optimal active spaces based on the use of the Density Matrix Renormalization Group algorithm and concepts of quantum information theory. We apply the protocol to elucidate the electronic structure and bonding mechanism of volatile plutonium oxides (PuO3 and PuO2(OH)2), species associated with nuclear safety issues for which little is known about the electronic structure and energetics. We show how, within a scalar relativistic framework, orbital-pair correlations can be used to guide the definition of optimal active spaces which provide an accurate description of static/non-dynamic electron correlation, as well as to analyse the chemical bonding beyond a simple orbital model. From this bonding analysis we are able to show that the addition of oxo- or hydroxo-groups to the plutonium dioxide species considerably changes the π-bonding mechanism with respect to the bare triatomics, resulting in bent structures with a considerable multi-reference character.

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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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