New transition state optimization and reaction path finding algorithm with reduced internal coordinates - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

New transition state optimization and reaction path finding algorithm with reduced internal coordinates

Nouvel algorithme d'optimisation de l'état de transition et de recherche de chemin de réaction avec des coordonnées internes réduites

Xiaotian Yang
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1177588
  • IdRef : 264148851

Résumé

The characteristics of a chemical reaction are largely determined by the molecular structures associated with the reactant, the product, the transition state, and the path connecting them. Therefore, locating the stationary points on the molecular potential surface is the first step towards successful numerical modeling. Mathematically, reactants, products, and reactive intermediates are local minima on the potential energy surface. Two local minima are connected by a stationary point which is a maximum along the reaction path but a minimum in all other directions. This saddle point is called the transition state (TS) between the two local minima. Once all the important stationary points on the potential surface have been located, one can model the whole reaction process, including the mechanism(s) of the reaction and its kinetic and thermodynamic properties (reaction rate, equilibrium constant, exothermicity, etc.. For multistep reactions, the existence of intermediate(s) complicates the reaction mechanism. In addition, there may be multiple possible reaction paths, wherein different intermediate structures connect the same reactants and products. In these complicated scenarios, having a full minimum-energy path showing how reactants and products are connected by various sequences of structures is especially useful, as it provides researchers with atomistic detail about the reaction mechanism. This can be useful, for example, for designing better catalysts. [...]
Les caractéristiques d'une réaction chimique sont largement déterminées par les structures moléculaires associées au réactif, au produit, à l'état de transition et au chemin qui les relie. Par conséquent, localiser les points stationnaires sur la surface du potentiel moléculaire est la première étape vers une modélisation numérique réussie. Mathématiquement, les réactifs, les produits et les intermédiaires réactifs sont des minima locaux sur la surface d'énergie potentielle. Deux minima locaux sont reliés par un point stationnaire qui est un maximum le long du chemin de réaction mais un minimum dans toutes les autres directions. Ce point de selle est appelé l'état de transition (TS) entre les deux minima locaux. Une fois que tous les points stationnaires importants sur la surface du potentiel ont été localisés, on peut modéliser l'ensemble du processus de réaction, y compris le (s) mécanisme (s) de la réaction et ses propriétés cinétiques et thermodynamiques (vitesse de réaction, constante d'équilibre, exothermicité, etc. réactions en plusieurs étapes, l'existence d'intermédiaire (s) complique le mécanisme de réaction. De plus, il peut y avoir plusieurs chemins de réaction possibles, dans lesquels différentes structures intermédiaires relient les mêmes réactifs et produits. Dans ces scénarios compliqués, avoir un chemin complet d'énergie minimale montrant La manière dont les réactifs et les produits sont reliés par diverses séquences de structures est particulièrement utile, car elle fournit aux chercheurs des détails atomistiques sur le mécanisme de réaction. Cela peut être utile, par exemple, pour concevoir de meilleurs catalyseurs. [...]
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03824918 , version 1 (21-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03824918 , version 1

Citer

Xiaotian Yang. New transition state optimization and reaction path finding algorithm with reduced internal coordinates. Theoretical and/or physical chemistry. Sorbonne Université; McMaster university (Hamilton, Canada), 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS481⟩. ⟨tel-03824918⟩
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