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Journal of the Korean Chemical Society (JKCS)

ISSN 1017-2548(Print)
ISSN 2234-8530(Online)
Volume 61, Number 6
JKCSEZ 61(6)
December 20, 2017 

 
Title
Theoretical Investigation for the Structures and Binding Energies of H2O3 and Water (H2O) Clusters

H2O3과 물(H2O) 클러스터들의 분자구조와 열역학적 안정성에 대한 이론적 연구
Author
Hyun il Seo, Jong Min Kim, Hui Sung Song, Seung Joon Kim*

서현일, 김종민, 송희성, 김승준*
Keywords
삼산화수소-물, H2O3(H2O)n 클러스터, 수소 결합, 밀도 범함수 이론 , Hydrogen polyoxide, H2O3(H2O)n clusters, Hydrogen bond, DFT
Abstract
H2O3(H2O)n (n=1-5) 클러스터들에 대해서 밀도 범함수 이론(DFT)과 순 이론(ab initio) 방법을 cc-pVD(T)Z 바탕집합(basis set)과 함께 사용하여 가능한 여러 구조를 최적화하고 결합에너지와 조화진동수를 계산하였다. H2O3 단량체의 경우 CCSD(T)/ccpVTZ 이론 수준에서 트랜스(trans) 구조가 시스(cis) 구조보다 더 안정한 것으로 계산되었다. 클러스터에 대해서는 MP2/cc-pVTZ 수준까지 분자 구조를 최적화하고 열역학적으로 가장 안정한 분자구조를 예측하였다. 클러스터의 결합에너지는 CCSD(T)//MP2 수준에서 영점 진동에너지(ZPVE)와 바탕집합 중첩에러(BSSE)를 모두 보정한 후 n=1일 때 −6.39 kcal/mol 계산 되었으며 이 같은 결 과는 H2O와 H2O2의 물 클러스터 보다 더 좋은 수소 주게 즉 산(acid)으로서 작용할 것으로 기대된다. 물 분자 1개 당 평균 결합 에너지는 n=2의 경우 8.25 kcal/mol, n=3일 때 7.22 kcal/mol, n=4의 경우 8.50 kcal/mol 그리고 n=5의 경우 8.16 kcal/mol로 계산되 었다.

The density functional theory(DFT) and ab initio calculations have been applied to investigate hydrogen interaction of H2O3(H2O)n clusters(n=1-5). The structures, IR spectra, and H-bonding energies are calculated at various levels of theory. The trans-H2O3 monomer is predicted to be thermodynamically more stable than cis form at the CCSD(T)/cc-pVTZ level of theory. For clusters, the geometries are optimized at the MP2/cc-pVTZ level of theory. The binding energy of H2O3-H2O cluster is predicted to be -6.39 kcal/mol at the CCSD(T)//MP2/cc-pVTZ level of theory after zero-point vibrational energy (ZPVE) and basis set superposition error (BSSE) correction. This result implies that H2O3 is a stronger proton donor(acid) than either H2O or H2O2. The average binding energies per H2O are predicted to be 8.25 kcal/mol for n=2, 7.22 kcal/mol for n=3, 8.50 kcal/mol for n=4, and 8.16 kcal/mol for n=5.

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