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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李順興
研究生(外文):Lee Shuen-Shing
論文名稱:四氟乙烯激發態的量子計算
論文名稱(外文):Quantum calculations on the excited states of tetrafluoroethylene
指導教授:張嘉麟張嘉麟引用關係
指導教授(外文):Chang Jia-Ling
學位類別:碩士
校院名稱:臺中師範學院
系所名稱:自然科學教育學系碩士班
學門:教育學門
學類:普通科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:從始計算法蘭克-康登因子四氟乙烯
外文關鍵詞:ab initio calculationFranck-Condon factorstetrafluoroethylene
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本研究的目的是利用從始計算的方法,研究四氟乙烯分子激發態的特性與光譜。首先,我們以四氟乙烯的正離子為測試,我們用密度泛函理論的B3LYP/6-311+G(d)、B3LYP/6-311+G(2d)及B3LYP/6-311+G(2d) 外加擴散函數(6-311+G(2d)’)等方法,成功的計算出四氟乙烯分子和正離子的平衡結構、振動頻率和法蘭克-康登因子,並模擬其電離光譜,結果與實驗之光電子光譜頗為一致。接著,我們以6-311+G(2d) ’為基組,選用(4, 13)的活躍空間,用多態平均的CASSCF 方法,計算了四氟乙烯21B1u( , 3s)、11Ag ( , 3pz)、與11B2g( , 3s/3px)等三個單重激發態的平衡結構、振動頻率和振子強度,並利用CASSCF 和MRCI 的方法計算激發能。另外,我們也計算了基態與這三個激發態間的法蘭克-康登因子,並模擬其吸收光譜,結果發現吸收峰主要的貢獻來自於3s← 的躍遷。我們將模擬光譜與實驗的吸收光譜做比對,結果發現在65000-80000 cm-1區間內,兩者呈現頗為一致的結構。因此,我們依據理論計算的結果標定了四氟乙烯分子的吸收光譜。
The purpose of this study is to investigate the properties and spectra of tetrafluoroethylene in excited states by using ab initio calculation methods. The equilibrium geometries, harmonic vibrational frequencies and Franck-Condon factors of neutral and cationic tetrafluoroethylene have been calculated using the density functional theory with the B3LYP functional and the basis sets of 6-311+G(d), 6-311+G(2d), and 6-311+G(2d)’. The ionization spectra of tetrafluoroethylene were simulated and compared with the experimental photoelectron spectra. The agreement between simulated and experimental spectra is satisfactory. On the other hand, the equilibrium geometries, harmonic vibrational frequencies, and oscillator strengths for the 21B1u( , 3s), 11Ag ( , 3pz), and 11B2g ( , 3s/3px) singlet excited states of tetrafluoroethylene have been calculated using the state-averaged CASSCF method with the 6-311+G(2d) ’ basis set and the (4, 13) active space. The excitation energies for these excited states have also been obtained using the CASSCF and MRCI methods. Franck-Condon factors between the ground state and these three excited states have also been computed in order to simulate the absorption spectra of tetrafluoroethylene. We have found that the spectra are mainly contributed from the 3s← transitions. The simulated spectra are in agreement with the experiment in the 65000-80000 cm-1 regions. Based on the calculation results, we have partially assigned the absorption spectra of tetrafluoroethylene.
目 錄
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 研究動機與目的……………………………………………… 1
1.2 文獻探討……………………………………………………… 2
1.3 論文架構……………………………………………………… 4
第二章 研究方法……………………………………………………… 5
2.1 從始計算……………………………………………………… 5
2.1.1 四氟乙烯分子與正離子的計算………………………… 6
2.1.2 四氟乙烯激發態計算…………………………………… 7
2.2 法蘭克-康登因子…………………………………………… 8
2.3 光譜模擬……………………………………………………… 9
第三章 結果與討論……………………………………………………10
3.1 四氟乙烯分子與正離子的計算……………………………… 10
3.1.1 平衡結構………………………………………………… 10
3.1.2 振動頻率………………………………………………… 12
3.1.3 法蘭克-康登因子與光譜模擬………………………… 13
3.2 四氟乙烯激發態計算………………………………………… 14
3.2.1 四氟乙烯21B1u態……………………………………… 15
3.2.2 四氟乙烯11Ag態…………………………………………15
3.2.3 四氟乙烯11B2g態……………………………………… 16
3.3 激發能與振子強度……………………………………………16
3.4 法蘭克-康登因子……………………………………………18
3.5 吸收光譜………………………………………………………18
第四章 結論……………………………………………………………21
參考文獻……………………………………………………………… 22
附錄…………………………………………………………………… 24












表目錄
表一 四氟乙烯分子不同計算基組之幾何優選與實驗值差異………28
表二 四氟乙烯正離子之幾何優選與結構變化………………………29
表三 四氟乙烯分子與正離子之轉動常數與κ值……………………30
表四 四氟乙烯的正規振動模式………………………………………31
表五 四氟乙烯分子基態各計算層級之振動頻率……………………34
表六 四氟乙烯正離子之振動頻率……………………………………35
表七 四氟乙烯正離子相對於分子基態之幾何結構改變(∆Q)……36
表八 四氟乙烯正離子相對於分子基態之黃-瑞思因子(S)………37
表九 四氟乙烯從分子電離成離子基態的法蘭克-康登因子………38
表十 四氟乙烯從分子電離成離子基態的法蘭克-康登因子………39
表十一 四氟乙烯從分子電離成離子基態的法蘭克-康登因子……40
表十二 四氟乙烯基態與三個低能量單重激發態的幾何結構………41
表十三 四氟乙烯三個低能量單重激發態的振動頻率………………42
表十四 四氟乙烯三個低能量單重激發態相對於分子基態之幾何結構 改變(∆Q)……………………………………………………43
表十五 四氟乙烯三個低能量單重激發態相對於分子基態之黃-瑞思 因子(S)…………………………………………………… 44
表十六 四氟乙烯基態與激發態之轉動常數與κ值…………………45
表十七 四氟乙烯(21B1u)←(11B1u)的法蘭克-康登因子…………46
表十八 四氟乙烯(11Ag)←(11B1u)的法蘭克-康登因子…………47
表十九 四氟乙烯(11B2g)←(11B1u)的法蘭克-康登因子…………48
表二十 四氟乙烯基態躍遷至三個低能量單重激發態的激發能……49
表二十一 四氟乙烯基態至三個低能量單重激發態之躍遷矩………50
表二十二 四氟乙烯基態躍遷至三個低能量單重激發態振子強度…51
表二十三 四氟乙烯基態躍遷至三個低能量單重激發態之電振強度52
表二十四 四氟乙烯吸收光譜之標定…………………………………53






圖目錄
圖一 四氟乙烯分子的幾何參數………………………………………54
圖二 四氟乙烯從分子電離成離子基態之模擬光譜…………………55
圖三 四氟乙烯從分子電離成離子基態之實驗光譜…………………56
圖四 四氟乙烯(21B1u)←(11B1u)躍遷的模擬電振光譜………… 57
圖五 四氟乙烯(11Ag)←(11B1u)躍遷的模擬電振光譜………… 58
圖六 四氟乙烯(11B2g)←(11B1u)躍遷的模擬電振光譜………… 59
圖七 四氟乙烯激發態←基態躍遷的模擬電振光譜…………………60
圖八 四氟乙烯激發態實驗光譜與模擬電振光譜之比較……………61
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