Quantum vibration perturbation approach with polyatomic probe in simulating infrared spectra

文献情報

出版日 2021-12-15
DOI 10.1039/D1CP04490G
インパクトファクター 3.676
著者

Yang Cong, Yu Zhai, Jitai Yang, Adam Grofe, Hui Li


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要旨

The quantitative prediction of vibrational spectra of chromophore molecules in solution is challenging and numerous methods have been developed. In this work, we present a quantum vibration perturbation (QVP) approach, which is a procedure that combines molecular quantum vibration and molecular dynamics with perturbation theory. In this framework, an initial Newtonian molecular dynamics simulation is performed, followed by a substitution process to embed molecular quantum vibrational wave functions into the trajectory. The instantaneous vibrational frequency shift at each time step is calculated using the Rayleigh–Schrödinger perturbation theory, where the perturbation operator is the difference in the vibrational potential between the reference chromophore and the perturbed chromophore in the environment. Semi-classical statistical mechanics is employed to obtain the spectral lineshape function. We validated our method using HCOOH·nH2O (n = 1–2) clusters and HCOOH aqueous solution as examples. The QVP method can be employed for rapid prediction of the vibrational spectrum of a specific mode in solution.

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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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