电子定域化函数的含义与函数形式

doi:10.3866/PKU.WHXB20112786

物理化学学报 >> 2011, Vol. 27 >> Issue (12): 2786-2792.doi: 10.3866/PKU.WHXB20112786

电子定域化函数的含义与函数形式

卢天, 陈飞武

北京科技大学化学与生物工程学院, 北京 100083

收稿日期:2011-08-02 修回日期:2011-09-27 发布日期:2011-11-25
通讯作者: 陈飞武 E-mail:chenfeiwu@ustb.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(20773011)资助项目

Meaning and Functional Form of the Electron Localization Function

LU Tian, CHEN Fei-Wu

School of Chemical and Biological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, P. R. China

Received:2011-08-02 Revised:2011-09-27 Published:2011-11-25
Contact: CHEN Fei-Wu E-mail:chenfeiwu@ustb.edu.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20773011).

摘要/Abstract

摘要： 电子定域化函数(ELF)是研究电子结构的重要工具. 本文介绍了电子定域性的概念, 从电子对密度和动能密度两个角度详细讨论了ELF的物理意义与其函数形式的联系, 并将ELF推广到自旋极化形式. 通过实例分析, 指出了参考项在ELF 中起到了关键性作用. 对两种自旋极化形式的ELF 的比较发现: CheckDen 和TopMoD程序中使用的形式并不合理, 明显低估了单电子区域的定域性. 最后指出了一些文献由于对ELF函数的错误理解而在引用时出现的错误.

关键词: 电子定域化函数, 动能密度, 费米穴, 自旋极化, 量子化学

Abstract: The electron localization function (ELF) is an important tool to study electronic structure. In this article, the concept of electron localization is introduced and the overlap between the physical meaning and functional form of the ELF is discussed in detail from two points of view: electron pair density and kinetic energy density. Additionally, we extend the ELF to a generalized spin-polarized form. From case studies we found that the reference term plays an important role in the ELF. A comparison between the two spinpolarized forms of ELF shows that the form used in the CheckDen and TopMoD programs is unreasonable as they obviously underestimate the degree of localization in the single-electron region. Finally, we point out some mistakes in the literature because of a misunderstanding of the ELF.

Key words: Electron localization function, Kinetic energy density, Fermi hole, Spin-polarization, Quantum chemistry

卢天, 陈飞武. 电子定域化函数的含义与函数形式[J]. 物理化学学报, 2011, 27(12), 2786-2792. doi: 10.3866/PKU.WHXB20112786

LU Tian, CHEN Fei-Wu. Meaning and Functional Form of the Electron Localization Function[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27(12), 2786-2792. doi: 10.3866/PKU.WHXB20112786

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20112786

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2011/V27/I12/2786

参考文献

(1) Becke, A. D.; Edgecombe, K. E. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5397.

(2) Savin, A.; Becke, A. D.; Flad, J.; Nesper, R.; Preuss, H.; von Schnering, H. G. Angew. Chem. Int. Edit. Engl. 1991, 30, 409.

(3) Grin, Y.;Wagner, F. R.; Armbrüster, M.; Kohout, M.; Leithe- Jasper, A.; Schwarz, U.;Wedig, U.; Georg von Schnering, H. J. Solid State Chem. 2006, 179, 1707.

(4) Savin, A.; Jepsen, O.; Flad, J.; Andersen, O. K.; Preuss, H.; von Schnering, H. G. Angew. Chem. Int. Edit. Engl. 1992, 31, 187.

(5) Gomes, J. R. B.; Illas, F.; Silvi, B. Chem. Phys. Lett. 2004, 388, 132.

(6) Kohout, M.;Wagner, F. R.; Grin, Y. Theor. Chem. Acc. 2002, 108, 150.
(7) Rousseau, R.; Marx, D. Chem. -Eur. J. 2000, 6, 2982.

(8) Räsänen, E.; Castro, A.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. B 2008, 77, 115108.

(9) Kohout, M.; Savin, A. Int. J. Quantum Chem. 1996, 60, 875.

(10) Poater, J.; Duran, M.; Solà, M.; Silvi, B. Chem. Rev. 2005, 105, 3911.

(11) Santos, J. C.; Andres, J.; Aizman, A.; Fuentealba, P. J. Chem. Theory Comput. 2004, 1, 83.
(12) Shaik, S.; Danovich, D.; Silvi, B.; Lauvergnat, D. L.; Hiberty, P. C. Chem. -Eur. J. 2005, 11, 6358.

(13) Grabowski, S. J. Chem. Rev. 2011, 111, 2597.

(14) Llusar, R.; Beltrán, A.; Andrés, J.; Fuster, F.; Silvi, B. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 9460.

(15) Molina Molina, J.; Dobado, J. A. Theor. Chem. Acc. 2001, 105, 328.
(16) Berski, S.; Andrés, J.; Silvi, B.; Domingo, L. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 6014.

(17) Polo, V.; Andres, J.; Berski, S.; Domingo, L. R.; Silvi, B. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 7128.

(18) Krokidis, X.; Noury, S.; Silvi, B. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7277.

(19) Chamorro, E. J. Chem. Phys. 2001, 114, 23.

(20) Burnus, T.; Marques, M. A. L.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. A 2005, 71, 010501.

(21) Bader, F.W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory; Oxford University Press: New York, 1994; pp 332-343.
(22) Silvi, B.; Savin, A. Nature 1994, 371, 683.

(23) The Quantum Theory of Atoms in Molecules-From Solid State to DNA and Drug Design; Matta, C. F., Boyd, R. J. Eds.; WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA:Weinheim, 2007.
(24) Bader, R. F.W.; Stephens, M. E. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 7391.

(25) Koch,W.; Holthausen, M. C. A Chemist's Guide to Density Functional Theory, 2nd ed.;Wiley-VCH Verlag GmbH: Germany, 2001.
(26) McWeeny, R. Methods of Molecular Quantum Mechanics, 2nd ed.; Academic Press: San Diego, 1992.
(27) Fradera, X.; Austen, M. A.; Bader, R. F.W. J. Phys. Chem. A 1998, 103, 304.
(28) Sagar, R. P.; Ku, A. C. T.; Smith, J. V. H.; Simas, A. M. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4367.

(29) Shi, Z.; Boyd, R. J. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4375.

(30) Becke, A. D. Int. J. Quantum Chem. 1985, 27, 585.

(31) Weizsäcker, v. C. F. v. Z. Phys. 1935, 96, 431.

(32) Tal, Y.; Bader, R. F.W. Int. J. Quantum Chem. 1978, 14, 153.

(33) Lignères, V. L.; Carter, E. A. An Introduction to Orbital-Free Density Functional Theory. In Handbook of Materials Modeling; Yip, S. Ed.; Springer: Netherlands, 2005; pp 137-148.
(34) Oliver, G. L.; Perdew, J. P. Phys. Rev. A 1979, 20, 397.

(35) Bader, R. F.W.; Johnson, S.; Tang, T. H.; Popelier, P. L. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 15398.

(36) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al . Gaussian 03, Revison E.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.
(37) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.

(38) Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650.

(39) Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chem. Acc. 1973, 28, 213.

(40) Lu, T. Multiwfn, 2.0, 2011. http://Multiwfn.codeplex.com.
(41) Pacios, L. F.; Fernandez, A. J. Mol. Graph. Model. 2009, 28, 102.

(42) Noury, S.; Krokidis, X.; Fuster, F.; Silvi, B. Comput. Chem. 1999, 23, 597.

(43) Burdett, J. K.; McCormick, T. A. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6366.

[1]	杨贻顺, 周敏, 邢燕霞. 基于γ-石墨炔分子磁隧道结对称性依赖的输运性质[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2003004 - .
[2]	卢天,陈沁雪. 通过价层电子密度分析展现分子电子结构[J]. 物理化学学报, 2018, 34(5): 503 -513 .
[3]	李如松, 何彬, 李刚, 许鹏, 卢新城, 王飞. 基于密度泛函理论方法的δ相Pu 5f状态电子结构计算[J]. 物理化学学报, 2015, 31(Suppl): 75 -80 .
[4]	王太杨,邹长军,李代禧,陈正隆,刘圆,李小可,李明. 环糊精包合有机磷酸作为缓蚀剂的理论研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(12): 2294 -2302 .
[5]	蒋礼林. 光致电子转移对Rhodamine 6G基态分子结构影响的非共振Raman光谱研究[J]. 物理化学学报, 2014, 30(11): 1987 -1992 .
[6]	李向红, 邓书端, 谢小光, 杜官本. 竹叶提取物对铝在HCl溶液中的缓蚀作用[J]. 物理化学学报, 2014, 30(10): 1883 -1894 .
[7]	李向红, 谢小光. 嘧啶衍生物对钢在盐酸溶液中的缓蚀作用[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2221 -2231 .
[8]	陈雪松, 路鹏飞, 董玉慧, 解菊. 杯[4]吡咯-卤素、铵离子复合物的理论研究[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2187 -2197 .
[9]	韩冰, 褚月英, 郑安民, 邓风. 分子筛限域孔道中吡啶的吸附结构和能量[J]. 物理化学学报, 2012, 28(02): 315 -323 .
[10]	孙冠楠, 许海, 刘晓冬, 刘丹丹, 杨兵, 田雷蕾, 马於光. 芴-含氮芳杂环共聚物的载流子注入特性[J]. 物理化学学报, 2010, 26(09): 2529 -2534 .
[11]	胡松青, 胡建春, 范成成, 米思奇, 张军, 郭文跃. 新型咪唑啉化合物在H₂S/CO₂共存条件下对Q235钢的缓蚀性能[J]. 物理化学学报, 2010, 26(08): 2163 -2170 .
[12]	钱保华, 马卫兴, 陆路德, 杨绪杰, 汪信. 芳香二磺酸根桥联的锌配位聚合物的合成、表征、晶体结构及量子化学计算[J]. 物理化学学报, 2010, 26(03): 610 -616 .
[13]	何书珩, 蒲敏, 李军男, 何静, EVANS David G.. 酸性橙插层锌铝水滑石的组装及其结构与性能[J]. 物理化学学报, 2010, 26(01): 259 -264 .
[14]	李军, 冯杰, 李文英. 神府东胜煤镜质组和惰质组的热化学反应差异[J]. 物理化学学报, 2009, 25(07): 1311 -1319 .
[15]	赵健伟, 刘洪梅, 倪文彬, 郭彦, 尹星. 从分子水平研究电子传递[J]. 物理化学学报, 2009, 25(07): 1472 -1480 .

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