Theoretical study of the effects of media of the properties of finite sytems : molecules and clusters

Abstract

In the first part, the B3LYP/6-31+G(d,p) method was used to study the properties of tautomers and isomers of substituted pyrrolidines and phospholanes in the gas phase and aqueous phase. For the aqueous phase, we used two different models: (1) the pure PCM and (2) Discrete/PCM. We were particularly interested in the relative energies, molecular geometries in gas phase, and how these properties change when the molecule undergoes solvation. Solvation influences both relative energies and the order of stability of tautomers and isomers. Moreover, moderate change in the molecular geometry parameters was found when the results from the gas phase were compared to solution results. In the second part, we investigated the energetic and structural properties of isolated and deposited potassium clusters. The global minima of potassium clusters were studied by using the density functional tight binding method combined with the genetic algorithm. The most stable clusters correspond to sizes 8, 18, and 20, in agreement with results obtained from experiments and jellium model. Moreover, we studied the structural similarity. The overall shape of clusters and the radial distribution of atoms were also investigated. As a result of deposition both the energetic and structural properties changed. The similarity function was used to compare the isolated and deposited clusters. The difference in energies between the deposited and isolated clusters was calculated.

Im ersten Teil die B3LYP/6-31+G(d,p) Methode, um die Eigenschaften Tautomere und Isomere von Pyrrolidin- und Phospholanderivaten in Gas-und wässriger Phase zu untersuchen. Das Lösungsmittel Wasser wurde zum einen implizit über ein polarisierbares Kontinuumsmodell und zum anderen über die explizite Beschreibung von Wassermolekülen mit einem zusätzlichen Kontinuumsmodell beschrieben. Ziel dieser Studien waren ein Vergleich der relativen Energien und Molekülgeometrien der Derivate in der Gasphase und im Solvens Wasser. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Solvatisierung nicht nur die relative Stabilität der Isomere beeinflusst, sondern auch zu Änderungen in der molekularen Geometrie führt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit den elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Kaliumclustern in der Gasphase und unter Wechselwirkung mit Kaliumoberflächen. Mithilfe eines genetischen Algorithmus und der DFTB Methode wurden die jeweiligen globalen Minimumsstrukturen ermittelt, das Cluster mit einer Größe von 8, 18 und 20 Atomen die größte Stabilität besitzen, was sich ebenfalls mit Beobachtungen aus Experimenten und mittels Vergleich mit dem Jellium Modell bestätigt hat. In dieser Arbeit wurden nicht nur die Änderungen in der Geometrie beim Übergang von Clustern in der Gasphase, zu auf der Oberfläche adsorbierten Clustern mithilfe von Ähnlichkeitsfunktionen gezeigt, sondern auch Veränderungen in der elektronischen Struktur berechnet und interpretiert.