Critical interpretation of CH– and OH– stretching regions for infrared spectra of methanol clusters (CH3OH)n (n = 2–5) using self-consistent-charge density functional tight-binding molecular dynamics simulations

非谐性 化学 偶极子 红外光谱学 谱线 傅里叶变换 红外线的 分子物理学 原子物理学 分析化学(期刊) 物理 凝聚态物理 量子力学 有机化学 色谱法
作者
Yoshifumi Nishimura,Yuan‐Pern Lee,Stephan Irle,Henryk A. Witek
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:141 (9) 被引量:17
标识
DOI:10.1063/1.4893952
摘要

Vibrational infrared (IR) spectra of gas-phase O–H⋅⋅⋅O methanol clusters up to pentamer are simulated using self-consistent-charge density functional tight-binding method using two distinct methodologies: standard normal mode analysis and Fourier transform of the dipole time-correlation function. The twofold simulations aim at the direct critical assignment of the C–H stretching region of the recently recorded experimental spectra [H.-L. Han, C. Camacho, H. A. Witek, and Y.-P. Lee, J. Chem. Phys. 134, 144309 (2011)]. Both approaches confirm the previous assignment (ibid.) of the C–H stretching bands based on the B3LYP/ANO1 harmonic frequencies, showing that ν3, ν9, and ν2 C–H stretching modes of the proton-accepting (PA) and proton-donating (PD) methanol monomers experience only small splittings upon the cluster formation. This finding is in sharp discord with the assignment based on anharmonic B3LYP/VPT2/ANO1 vibrational frequencies (ibid.), suggesting that some procedural faults, likely related to the breakdown of the perturbational vibrational treatment, led the anharmonic calculations astray. The IR spectra based on the Fourier transform of the dipole time-correlation function include new, previously unaccounted for physical factors such as non-zero temperature of the system and large amplitude motions of the clusters. The elevation of temperature results in a considerable non-homogeneous broadening of the observed IR signals, while the presence of large-amplitude motions (methyl group rotations and PA-PD flipping), somewhat surprisingly, does not introduce any new features in the spectrum.

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