A density functional theory for studying ionization processes in water clusters

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 23, 2011, Pages 5735-5744

  Livshits, Ester ^a   Granot, Rebecca S ^a   Baer, Roi ^a  

^a HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

A-DENSITY; AB INITIO; BENCHMARK SYSTEM; COUPLED CLUSTERS; COUPLED-CLUSTER CALCULATIONS; HARMONIC FREQUENCY; HYDROXYL RADICALS; IONIZATION DYNAMICS; IONIZATION PROCESS; ORBITAL ENERGY; PENTAMERS; POSITIVE CHARGES; PROTONATED; RELATIVE ENERGIES; TETRAMERS; TIME-DEPENDENT DFT; VIBRATIONAL STRUCTURES; WATER CLUSTER; WATER DIMERS; WATER MOLECULE; WATER PENTAMER;

CALCULATIONS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DIMERS; EQUATIONS OF MOTION; HARMONIC FUNCTIONS; IONIZATION POTENTIAL; NUMERICAL METHODS; POSITIVE IONS; PROTONS;

IONIZATION OF LIQUIDS;

CATION; PROTON; WATER;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; QUANTUM THEORY; VIBRATION;

CATIONS; MODELS, MOLECULAR; PROTONS; QUANTUM THEORY; VIBRATION; WATER;

EID: 79955367852     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp1057572     Document Type: Article

References (124)

1. Garrett, B. C.; Dixon, D. A.; Camaioni, D. M.; Chipman, D. M.; Johnson, M. A.; Jonah, C. D. Chem. Rev. 2005, 105, 355.
2. Lin, S.-S. Rev. Sci. Instrum. 1973, 44, 516.
3. Searcy, J. Q.; Fenn, J. B. J. Chem. Phys. 1974, 61, 5282.
4. Ng, C. Y.; Trevor, D. J.; Tiedemann, P. W.; Ceyer, S. T.; Kronebusch, P. L.; Mahan, B. H. J. Chem. Phys. 1977, 67, 4235.
5. Lancaster, G. M.; Honda, F.; Fukuda, Y.; Rabalais, J. W. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 1951.
6. Nagashima, U.; Shinohara, H.; Nishi, N.; Tanaka, H. J. Chem. Phys. 1986, 84, 209.
7. Shinohara,H.;Nishi,N.;Washida,N. J. Chem. Phys. 1986, 84, 5561.
8. Lathan, W. A.; Curtiss, L. A.; Hehre, W. J.; Lisle, J. B.; Pople, J. A. Molecular Orbital Structures for Small Organic Molecules and Cations. In Progress in Physical Organic Chemistry, Cohen, S. G., Streitwieser, A., Taft, R. W., Eds.; Wiley: Hoboken, NJ, 2007; p 175.
9. Tomoda, S.; Kimura, K. Chem. Phys. Lett. 1983, 102, 560.
10. Tomoda, S.; Kimura, K. Chem. Phys. 1983, 82, 215.
11. Tomoda, S.; Kimura, K. Chem. Phys. Lett. 1984, 111, 434.
12. Lathan, W. A.; Curtiss, L. A.; Hehre, W. J.; Lisle, J. B.; Pople, J. A. Molecular Orbital Structures for Small Organic Molecules and Cations. In Progress in Physical Organic Chemistry, Cohen, S. G., Streitwieser, A., Taft, R. W., Eds.; Wiley: Hoboken, NJ, 1974; Vol. 11; p 175.
13. Wroblewski, T.; Ziemczonek, L.; Karwasz, G. P. Czech. J. Phys. 2004, 54, C747.
14. Adriaanse, C.; Sulpizi, M.; VandeVondele, J.; Sprik, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6046.
15. Ginovska, B.; Camaioni, D. M.; Dupuis, M. J. Chem. Phys. 2007, 127.
16. Barnett, R. N.; Landman, U. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 164.
17. Pieniazek, P. A.; VandeVondele, J.; Jungwirth, P.; Krylov, A. I.; Bradforth, S. E. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 6159.
18. Pieniazek, P. A.; Sundstrom, E. J.; Bradforth, S. E.; Krylov, A. I. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4423.
19. Kamarchik, E.; Kostko, O.; Bowman, J. M.; Ahmed, M.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2010, 132, 194311.
20. Furuhama, A.; Dupuis, M.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2006, 124, 164310.
21. Sato, K.; Tomoda, S.; Kimura, K.; Iwata, S. Chem. Phys. Lett. 1983, 95, 579.
22. Yeh, L. I.; Okumura, M.; Myers, J. D.; Price, J. M.; Lee, Y. T. J. Chem. Phys. 1989, 91, 7319.
23. Kaledin, M.; Kaledin, A. L.; Bowman, J. M.; Ding, J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7671.
24. Asmis, K. R.; Pivonka, N. L.; Santambrogio, G.; Brummer, M.; Kaposta, C.; Neumark, D. M. Science 2003, 299, 1375.
25. Fridgen, T. D.; McMahon, T. B.; MacAleese, L.; Lemaire, J.; Maitre, P. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 9008.
26. Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Roscioli, J. R.; Johnson, M. A.; Myshakin, E. M. Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 2005, 122.
27. Cheng, H. P.; Barnett, R. N.; Landman, U. Chem. Phys. Lett. 1995, 237, 161.
28. Gardenier, G. H.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4772.
29. Angel, L.; Stace, A. Chem. Phys. Lett. 2001, 345, 277.
30. Angel, L.; Stace, A. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2999.
31. Tachikawa, H. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 6915.
32. Sander, M. U.; Luther, K.; Troe, J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11489.
33. Crowell, R. A.; Bartels, D. M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17940.
34. Bartels, D. M.; Crowell, R. A. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 3349.
35. Winter, B.; Weber, R.; Widdra, W.; Dittmar, M.; Faubel, M.; Hertel, I. V. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 2625.
36. Elles, C. G.; Jailaubekov, A. E.; Crowell, R. A.; Bradforth, S. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, No. 044515.
37. Nordlund, D.; Ogasawara, H.; Bluhm, H.; Takahashi, O.; Odelius, M.; Nagasono, M. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 217406.
38. Elles, C. G.; Rivera, C. A.; Zhang, Y.; Pieniazek, P. A.; Bradforth, S. E. J. Chem. Phys. 2009, 130.
39. Cheng, Q.; Evangelista, F. A.; Simmonett, A. C.; Yamaguchi, Y.; Schaefer, H. F. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 13779.
40. Parr, R. G.; Yang, W. Density Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: Oxford, 1989.
41. Kohn, W.; Becke, A. D.; Parr, R. G. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12974.
42. Capelle, K. Braz. J. Phys. 2006, 36, 1318.
43. Gidopoulos, N. I.; Wilson, S. The fundamentals of electron density, density matrix, and density functional theory in atoms, molecules, and the solid state; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht and Boston, 2003.
44. Fiolhais, C.; Nogueira, F.; Marques, M. A primer in density functional theory; Springer: Berlin and New York, 2003.
45. Geerlings, P.; De Proft, F.; Langenaeker, W. Chem Rev 2003, 103, 1793.
46. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1999, 50, 221.
47. Mattsson, A. E.; Mattsson, T. R. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 887.
48. Santra, B.; Michaelides, A.; Scheffler, M. J. Chem. Phys. 2009, 131, 124509.
49. Hammond, J. R.; Govind, N.; Kowalski, K.; Autschbach, J.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2009, 131, 214103.
50. Kuhne, T. D.; Krack, M.; Parrinello, M. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 235.
51. Lin, I. C.; Seitsonen, A. P.; Coutinho-Neto, M. c. D.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1127.
52. Guidon, M.; Schiffmann, F.; Hutter, J.; VandeVondele, J. J. Chem. Phys. 2008, 128, 214104.
53. Lee, H.-S.; Tuckerman, M. E. J. Chem. Phys. 2007, 126, 164501.
54. Lee, H.-S.; Tuckerman, M. E. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 5549.
55. McGrath, M. J.; Siepmann, J. I.; Kuo, I. F. W.; Mundy, C. J.; VandeVondele, J.; Hutter, J. r. J. Phys. Chem. A 2005 110, 640.
56. Sit, P. H. L.; Marzari, N. J. Chem. Phys. 2005, 122, 204510.
57. Schwegler, E.; Grossman, J. C.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 121, 5400.
58. Fernandez-Serra, M. V.; Artacho, E. J. Chem. Phys. 2004, 121, 11136.
59. Asthagiri, D.; Pratt, L. R.; Kress, J. D. Phys. Rev. E 2003, 68, No. 041505.
60. Sprik, M.; Hutter, J.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1142.
61. Kim, K.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10089.
62. Buch, V.; Milet, A.; Vacha, R.; Jungwirth, P.; Devlin, J. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 7342.
63. Svozil, D.; Jungwirth, P. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 9194.
64. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.
65. Perdew, J. P.; Yue, W. Phys. Rev. B 1986, 33, 8800.
66. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
67. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
68. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.
69. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
70. Sodupe, M.; Bertran, J.; Rodriguez-Santiago, L.; Baerends, E. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 166.
71. Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 976.
72. d'Avezac, M.; Calandra, M.; Mauri, F. Phys. Rev. B 2005, 71, 205210.
73. VandeVondele, J.; Sprik, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 1363.
74. Mantz, Y. A.; Gervasio, F. L.; Laino, T.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. A 2006, 111, 105.
75. Merkle, R.; Savin, A.; Preuss, H. J. Chem. Phys. 1992, 97, 9216.
76. Bally, T.; Sastry, G. N. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7923.
77. Lundberg, M.; Siegbahn, P. E. M. J. Chem. Phys. 2005, 122.
78. PerdewJ. P.; Ruzsinszky, A.; Csonka, G. I.; Vydrov, O. A.; Scuseria, G. E.; Staroverov, V. N. Phys. Rev. A 2007, 76, No. 040501.
79. Ruzsinszky, A.; Perdew, J. P.; Csonka, G. I.; Vydrov, O. A.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2007, 126, 104102.
80. Kaupp, M.; Bahmann, H.; Arbuznikov, A. V. J. Chem. Phys. 2007, 127, 194102.
81. Livshits, E.; Baer, R. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12789.
82. Seidl, A.; Gorling, A.; Vogl, P.; Majewski, J. A.; Levy, M. Phys. Rev. B 1996, 53, 3764.
83. Savin, A. Beyond the Kohn-Sham Determinant. In Recent Advances in Density Functional Methods Part I; Chong, D. P., Ed.; World Scientific: Singapore, 1995; p 129.
84. Iikura, H.; Tsuneda, T.; Yanai, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2001, 115, 3540.
85. Yanai, T.; Tew, D. P.; Handy, N. C. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51.
86. Baer, R.; Neuhauser, D. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, No. 043002.
87. Livshits, E.; Baer, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2932.
88. Henderson, T. M.; Janesko, B. G.; Scuseria, G. E. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12530.
89. Baer, R.; Livshits, E.; Salzner, U. Annu. Rev. Phys. Chem. 2010, 61, 85.
90. Leininger, T.; Stoll, H.; Werner, H.-J.; Savin, A. Chem. Phys. Lett. 1997, 275, 151.
91. Perdew, J. P.; Parr, R. G.; Levy, M.; Balduz, J. L. Phys. Rev. Lett. 1982, 49, 1691.
92. Cohen, A. J.; Mori-Sanchez, P.; Yang, W. T. Phys. Rev. B 2008, 77, 115123.
93. Peach, M. J. G.; Helgaker, T.; Salek, P.; Keal, T. W.; Lutnaes, O. B.; Tozer, D. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 558.
94. Chai, J. D.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2008, 128, No. 084106.
95. Vydrov, O. A.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 234109.
96. Gerber, I. C.; Angyan, J. G. Chem. Phys. Lett. 2005, 415, 100.
97. Cohen, A. J.; Mori-Sanchez, P.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191109.
98. Almbladh, C.-O.; von-Barth, U. Phys. Rev. B 1985, 31, 3231.
99. Stein, T.; Kronik, L.; Baer, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2818.
100. Stein, T.; Kronik, L.; Baer, R. J. Chem. Phys. 2009, 131, 244119.
101. Salzner, U.; Baer, R. J. Chem. Phys. 2009, 131, 231101.
102. Banna, M. S.; Mcquaide, B. H.; Malutzki, R.; Schmidt, V. J. Chem. Phys. 1986, 84, 4739.
103. Reutt, J. E.; Wang, L. S.; Lee, Y. T.; Shirley, D. A. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6928.
104. Tomoda, S.; Achiba, Y.; Kimura, K. Chem. Phys. Lett. 1982, 87, 197.
105. Foner, S. N.; Hudson, R. L. J. Chem. Phys. 1956, 25, 602.
106. Winter, B.; Faubel, M.; Hertel, I. V.; Pettenkofer, C.; Bradforth, S. E.; Jagoda-Cwiklik, B. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3864.
107. Shao, Y.; Molnar, L. F.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C.; Brown, S. T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172.
108. Baroni, S.; Dal Corso, A.; S., d. G.; Giannozzi, P.; Cavazzoni, C.; Ballabio, G.; et al. http://www.pwscf.org/.
109. Eisenberg, H. R.; Baer, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 4674.
110. Bylaska, E. J.; de Jong, W. A.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T. P.; Valiev, M. et al. Wchem A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, Version 5.1; Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, 2007.
111. Sodupe, M.; Bertran, J.; Rodriguez-Santiago, L.; Baerends, E. J. J. Phys. Chem. A 1998, 103, 166.
112. Potts, A. W.; Price, W. C. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1972, 326, 181.
113. Sodupe, M.; Oliva, A.; Bertran, J. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 8249.
114. Gill, P. M. W.; Radom, L. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 4931.
115. Granot, R.; Baer, R. J. Chem. Phys. 2008, 128, 184111.
116. Andersen, H. C. J. Chem. Phys. 1980, 72, 2384.
117. Guillot, B. J. Chem. Phys. 1991, 95, 1543.
118. Douberly, G. E.; Walters, R. S.; Cui, J.; Jordan, K. D.; Duncan, M. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 4570.
119. Wei, M.; He, C.; Hua, W.; Duan, C.; Li, S.; Meng, Q. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13318.
120. Stein, T.; Baer, R.; Kronik, L. Work in progress, 2010.
121. Livshits, E.; Baer, R.; Kosloff, R. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7521.
122. Andzelm, J.; Rinderspacher, B. C.; Rawlett, A.; Dougherty, J.; Baer, R.; Govind, N. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2835.
123. Baer, R.; Livshits, E.; Neuhauser, D. Chem. Phys. 2006, 329, 266.
124. Cohen, A. J.; Mori-Sanchez, P.; Yang, W. T. Science 2008, 321, 792.