VH3分子稳定构型的理论研究

任桂明

摘要：本文用密度泛函中的B3LYP和BP86方法在DZP全电子基组水平上对VH3分子的较低能量构型及其对称性、电子态、总能量、相对能量、电偶极矩、键长、键角等进行了理论计算，结果表明：两种方法计算所得VH3分子都具有三个较低能量构型，基态构型结构几乎一致，均属D3h对称点群，其余构型具有C2v对称性。

关键词：密度泛函（DFF）;钒氢化合物;稳定构型

中图分类号：0641.1 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2019）02-0292-01

1.引言

过渡金属钒在电子能谱学、胶体稳定性、电极材料等方面倍受青睐。对过渡金属钒的理论研究上，Salahub和Messmer用自旋极化自洽场（sCF）-xa-SW方法计算了钒团簇的性质。秦渝，方志刚等人采用密度泛函理论，研究了团簇V，P2的稳定结构和电子性质。贾美叶，何圣贵等人对氧化钒团簇正离子与硫化氢反应的实验和理论研究。Su等人通过实验得到了钒团簇的键离解能。研究钒的氢化物的结构及其形成机理目前鲜见文献报道。本文的目的是利用密度泛函中的B3LYP和BP86的方法对VH3的稳定结构的总能量、对称性、电子态等进行理论研究和计算，为进一步研究钒氢化物体系提供理论参考。

2.计算方法

先将一个钒原子、三个氢原子组成各种具有高对称性的不同的空间结构，再分别调整钒氢原子之间的键长、键角和二面角等参数，在Windows环境下，分别用B3LYP和BP86方法在DZP全电子基组水平上对VH3分子进行理论研究和计算。

3.结果与讨论

图1给出了用两种密度泛函方法计算得到的VH3分子的基态构型（即COS3和2-1T），基态构型V-H之间的键长都为1.675A，键角为120°，它是一个具有较高对称性的结构。表1和表2分别给出了用B3LYP和BP86方法计算得到的VH3分子三个较低能量构型的对称性及电子态、总能量（E）、相对能量（AE）、电偶极矩。表1中COS3结构能量为：-945.71265198a.u.，具有Dsh对称性，电偶极矩为：ODebye，该分子为非极性分子。从能量的角度看：该结构的能量是最低的，为基态结构。比基态构型能量高39.3Kca/mol的一重态构型COSl，具有C2v对称性，电偶极矩为：0.3469Debye，该分子为弱极性分子。COS5构型，能量比基态能量高58.6Kcal/mol，具有C2v对称性，电偶极矩为：2.1306Debye，为极性分子。表2中2-1T结构能量为：一945.82645925a.u.，具有D3h对称性，电偶极矩为：0Debye，该分子为非极性分子。从能量的角度看：该结构的能量是最低的，该结构为基态结构。比基态的能量高5.3Kcal/mol的2-1Q構型，具有C2v对称性，它的电偶极矩为：3.3740Debye，该分子为极性分子，图1可知该构型还有两个特殊的H原子，不但与金属V原子连接，两个H原子还相互连接，含有一个氢分子。一重态的2—1s构型的能量比基态高31.9 Kcal/mol，具有c2，对称性，电偶极矩为：0.0030 Debye，为弱极性分子。

4.结语

本文运用两种密度泛函方法，从理论上预测了VH3分子的较低能量构型，计算出的所有结构均无虚频。从能量的角度分析了VH3分子的稳定性，VH3分子的基态为三重态，即本文中的COS3、2-1T结构。用B3LYP方法计算所得的一重态构型COSI和五重态构型COS5，其能量都比基态分子能量高出30Kcal/mol以上，而用BP86方法计算所得的五重态构型2—1Q能量仅比基态构型高5.3Kcal/mol，而一重态的2-1S构型能量比基态能量高31.9Kcal/mol。基态构型对称性为D3h，电子态为：A1’，都为非极性分子，且V与H原子之间的键长都在单键长度要求的范围内。