The low temperature D+ + H2 → HD + H+ reaction rate coefficient: a ring polymer molecular dynamics and quasi-classical trajectory study

文献情報

出版日 2018-09-26
DOI 10.1039/C8CP05398G
インパクトファクター 3.676
著者

Somnath Bhowmick, Duncan Bossion, Yohann Scribano, Yury V. Suleimanov


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要旨

The reaction between D+ and H2 plays an important role in astrochemistry at low temperatures and also serves as a prototype for a simple ion–molecule reaction. Its ground 1A′ state has a very small thermodynamic barrier (up to 1.8 × 10−2 eV) and the reaction proceeds through the formation of an intermediate complex lying within the potential well with a depth of at least 0.2 eV, thus representing a challenge for dynamical studies. In the present work, we analyze the title reaction within the temperature range of 20–100 K by means of ring polymer molecular dynamics (RPMD) and quasi-classical trajectory (QCT) methods over the full-dimensional global potential energy surface developed by Aguado et al. [A. Aguado, O. Roncero, C. Tablero, C. Sanz and M. Paniagua, J. Chem. Phys., 2000, 112, 1240]. The computed thermal RPMD and QCT rate coefficients are found to be almost independent of temperature and fall within the range of 1.34–2.01 × 10−9 cm3 s−1. They are also in very good agreement with previous time-independent quantum mechanical and statistical quantum method calculations. Furthermore, we observe that the choice of asymptotic separation distance between the reactants can markedly alter the rate coefficient in the low temperature regime (20–50 K). Therefore it is of utmost importance to correctly assign the value of this parameter for dynamical studies, particularly at very low temperatures of astrochemical importance. We finally conclude that the experimental rate measurements for the title reaction are highly desirable in future.

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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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