Estudo computacional da fotodissociação do 1-cloro-1-flúor-metano (HCFC-31) utilizando dinâmica não-adiabática

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva, Albert Jorgivan Filho Wesley Hess de Sousa
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/33077
Resumo: Many compounds directly interfere with the O2 ⇌ O3 chemical balance present in the Stratosphere. One of the classes responsible for this is known as hydro-chloro-fluorocarbons (HCFCs), formed by hydrogen, chlorine, fluorine and carbon. An example is 1-chloro-1-fluoromethane (CH2FCl or HCFC-31) which acts in the stratosphere through a mechanism similar to chlorofluorocarbons (CFCs) and reduces the concentration of atmospheric ozone through the release of the Cl radical. • after absorption of radiation. The study of the photodissociation mechanism of CFCs and HCFCs is essential to understand how these molecules are activated in the Stratosphere. To obtain a complete theoretical understanding of photochemical mechanisms, it is necessary to determine all important non-adiabatic and adiabatic pathways available after photoexcitation. For this, excited state dynamics calculations are necessary. The objective of this research is to investigate the photodissociation mechanisms of CH2FCl, using single and multireference electronic structure methods (TDDFT, MCSCF and MR-CISD(+Q)) and non-adiabatic dynamics through the Surface Hopping (SH) method. . The ion pairs [FHC+F]Cl- e FHC+H•••Cl-, resulting from the decay to the minimum of the 31A' state in the potential energy curves along the C–Cl bond, were completely characterized at the level MR-CISD/aug-cc-pVTZ, in which the second structure has μ = 9.57 D, configuration 0.65 ionic + 0.20 biradical, is bonded by 4.72 eV and has strong to moderate H-bonding characteristics. The benchmarking carried out showed that the TD-M06-2X functional had the best performance when compared with the MR-CISD+Q results. The theoretical TD-M06-2X and MR-CISD spectra presented a correct energetic order (nσ*, n3s and n3p states) in the assignments of the experimental transitions, unlike the CASSCF spectrum. However, shifts were found in the energies of the spectral bands, although the MR-CISD spectrum showed good agreement with the experimental one. In all excitation windows studied, the dynamics simulations via TDDFT and CASSCF had chlorine as the main photoproduct. For the first, the yield of S3, the surface responsible for the formation of the H2C+F (1A')/Cl– (1S) ion pair, was 18%. While for the second method this value varied according to each window and number of states used, with the highest yield of S3 being equal to 55% for the spectral range 7,69 ± 0,10 eV. The energetic separation of this state is also necessary for the ionic configuration to be observed on the third excited surface, regardless of the depopulation of S3.
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To obtain a complete theoretical understanding of photochemical mechanisms, it is necessary to determine all important non-adiabatic and adiabatic pathways available after photoexcitation. For this, excited state dynamics calculations are necessary. The objective of this research is to investigate the photodissociation mechanisms of CH2FCl, using single and multireference electronic structure methods (TDDFT, MCSCF and MR-CISD(+Q)) and non-adiabatic dynamics through the Surface Hopping (SH) method. . The ion pairs [FHC+F]Cl- e FHC+H•••Cl-, resulting from the decay to the minimum of the 31A' state in the potential energy curves along the C–Cl bond, were completely characterized at the level MR-CISD/aug-cc-pVTZ, in which the second structure has μ = 9.57 D, configuration 0.65 ionic + 0.20 biradical, is bonded by 4.72 eV and has strong to moderate H-bonding characteristics. The benchmarking carried out showed that the TD-M06-2X functional had the best performance when compared with the MR-CISD+Q results. The theoretical TD-M06-2X and MR-CISD spectra presented a correct energetic order (nσ*, n3s and n3p states) in the assignments of the experimental transitions, unlike the CASSCF spectrum. However, shifts were found in the energies of the spectral bands, although the MR-CISD spectrum showed good agreement with the experimental one. In all excitation windows studied, the dynamics simulations via TDDFT and CASSCF had chlorine as the main photoproduct. For the first, the yield of S3, the surface responsible for the formation of the H2C+F (1A')/Cl– (1S) ion pair, was 18%. While for the second method this value varied according to each window and number of states used, with the highest yield of S3 being equal to 55% for the spectral range 7,69 ± 0,10 eV. The energetic separation of this state is also necessary for the ionic configuration to be observed on the third excited surface, regardless of the depopulation of S3.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqMuitos compostos interferem diretamente no equilíbrio químico O2 ⇌ O3 presente na Estratosfera. Uma das classes responsáveis por isso é conhecida como hidro-cloro-fluorocarbonetos (HCFCs), formados por hidrogênio, cloro, flúor e carbono. Um exemplo é o 1-cloro-1-flúor-metano (CH2FCl ou HCFC-31) que age na estratosfera por um mecanismo semelhante aos cloro-fluorocarbonetos (CFCs), e reduz a concentração de ozônio atmosférico a partir da liberação do radical Cl• após a absorção de radiação. O estudo do mecanismo da fotodissociação dos CFCs e HCFCs é fundamental para entender como essas moléculas são ativadas na Estratosfera. A fim de obter uma compreensão teórica completa dos mecanismos fotoquímicos, é necessário determinar todas as importantes vias não-adiabáticas e adiabáticas disponíveis após a fotoexcitação. Para isto, cálculos de dinâmica de estados excitados são necessários. O objetivo desta pesquisa é investigar os mecanismos de fotodissociação do CH2FCl, utilizando métodos de estrutura eletrônica single e multireference (TDDFT, MCSCF e MR-CISD(+Q)) e a dinâmica não-adiabática através do método Surface Hopping (SH). Os pares iônicos [FHC+F]Cl- e FHC+H•••Cl-, resultantes do decaimento para o mínimo do estado 31A' nas curvas de energia potencial ao longo da ligação C–Cl, foram completamente caracterizados no nível MR-CISD/aug-cc-pVTZ, o qual a segunda estrutura possui μ = 9,57 D, configuração 0,65 iônica + 0,20 biradical, é ligada por 4,72 eV e tem características de ligação de H entre fortes e moderadas. O benchmarking realizado apontou que o funcional TD-M06-2X teve o melhor desempenho quando comparado com os resultados MR-CISD+Q. Os espectros teóricos TDM06-2X e MR-CISD apresentaram uma ordem energética correta (estados nσ*, n3s e n3p) nas atribuições das transições experimentais, ao contrário do espectro CASSCF. Contudo, nas energias das bandas espectrais foram encontrados deslocamentos, apesar do espectro MR-CISD ter apresentado uma boa concordância com o experimental. Em todas as janelas de excitação estudadas, as simulações de dinâmica via TDDFT e CASSCF tiveram como principal fotoproduto o cloro. Para o primeiro, o rendimento de S3, superfície responsável pela formação do par iônico H2C+F (1A')/Cl– (1S), foi de 18%. Enquanto para o segundo método esse valor variou de acordo com cada janela e com a quantidade de estados utilizada, sendo o maior rendimento de S3 igual a 55% para a faixa espectral 7,69 ± 0,10 eV. A separação energética desse estado também é necessária para que a configuração iônica seja observada na terceira superfície excitada, independentemente da despopulação de S3.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBMonte, Elizete Ventura dohttp://lattes.cnpq.br/0792089842728963Monte, Silmar Andrade dohttp://lattes.cnpq.br/7082181076432469Silva, Albert Jorgivan Filho Wesley Hess de Sousa2025-01-16T13:43:15Z2024-07-172025-01-16T13:43:15Z2024-02-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/33077porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-01-17T06:04:56Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/33077Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-01-17T06:04:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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