Appropriate description of intermolecular interactions in the methane hydrates: An assessment of DFT methods

Journal of Computational Chemistry

Volumn 34, Issue 2, 2013, Pages 121-131

  Liu, Yuan ^a   Zhao, Jijun ^a   Li, Fengyu ^a,b   Chen, Zhongfang ^b  

^a DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (China)

^b UNIVERSITY OF PUERTO RICO   (Puerto Rico)

Author keywords

ab initio calculations; density functional calculations; methane hydrate; noncovalent interaction

Indexed keywords

AB INITIO CALCULATIONS; AB INITIO MP2; BASIS SET SUPERPOSITION ERRORS; BASIS SETS; CCSD; COMPUTATIONAL COSTS; DENSITY FUNCTIONAL THEORIES (DFT); DFT METHOD; EXCHANGE-CORRELATION FUNCTIONALS; FIRST-PRINCIPLES CALCULATION; FIRST-PRINCIPLES SIMULATIONS; FUNCTIONALS; GUEST MOLECULES; HYBRID FUNCTIONALS; INTERMOLECULAR INTERACTIONS; METHANE HYDRATES; MINNESOTA; MP2 CALCULATIONS; NON-COVALENT INTERACTION; RELATED SYSTEMS; REPULSIVE INTERACTIONS; VAN DER WAALS INTERACTIONS; WATER CAGE; WATER MOLECULE;

CALCULATIONS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; HYDRATION; HYDROGEN BONDS; LIGHT WEIGHT ROLLING STOCK; METHANE; MOLECULES; VAN DER WAALS FORCES;

GAS HYDRATES;

METHANE; WATER;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; HYDROGEN BOND; QUANTUM THEORY;

HYDROGEN BONDING; METHANE; MODELS, MOLECULAR; QUANTUM THEORY; WATER;

EID: 84870586357     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.23112     Document Type: Article

References (77)

1. (a), C. A. Koh, A. K. Sum, E. D. Sloan, J. Appl. Phys. 2009, 106, 061101
2. (b), A. K. Sum, C. A. Koh, E. D. Sloan, Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 7457
3. (c), E. D. Sloan, Nature 2003, 426, 353
4. (d), E. D. Sloan, C. A. Koh, Clathrate Hydrates of Natural Gases, Third ed.; CRC Press/Taylor&Francis Group: Boca Raton, 2008.
5. (a), W. L. Mao, H. K. Mao, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 708
6. (b), H. Lee, J. W. Lee, D. Y. Kim, J. Park, Y. T. Seo, H. Zeng, I. L. Moudrakovski, C. I. Ratcliffe, J. A. Ripmeester, Nature 2005, 434, 743.
7. (a), T. Uchida, S. Takeya, Y. Kamata, I. Y. Ikeda, J. Nagao, T. Ebinuma, H. Narita, O. Zatsepina, B. A. Buffett, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 12426
8. (b), R. Susilo, J. A. Ripmeester, P. Englezos, Chem. Eng. Sci. 2007, 62, 3930
9. (c), S. Subramanian, E. D. Sloan, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4348.
10. (a), G. J. Guo, M. Li, Y. G. Zhang, C. H. Wu, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10427
11. (b), M. R. Walsh, C. A. Koh, E. D. Sloan, A. K. Sum, D. T. Wu, Science 2009, 326, 1095
12. (c), L. C. Jacobson, W. Hujo, V. Molinero, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11806
13. (d), J. Vatamanu, P. G. Kusalik, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 15065.
14. (a), J. A. Greathouse, R. T. Cygan, B. A. Simmons, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 6428
15. (b), H. Jiang, K. D. Jordan, C. E. Taylor, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6486
16. (c), N. J. English, J. M. D. MacElroy, J. Comput. Chem. 2003, 24, 1569.
17. (a), O. Akin-Ojo, K. Szalewicz, J. Chem. Phys. 2005, 123, 134311
18. (b), A. H. T. Li, S. D. Chao, J. Chem. Phys. 2006, 125, 094312
19. (c), J. B. L. Martins, J. R. S. Politi, E. Garcia, A. F. A. Vilela, R. Gargano, J. Phys. Chem. A 2009, 113, 14818
20. (d), S. S. Xantheas, C. J. Burnham, R. J. Harrison, J. Chem. Phys. 2002, 116, 1493.
21. (a), A. Khan, J. Chem. Phys. 2002, 116, 6628
22. (b), A. Khan, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 7429.
23. F. Lebsir, A. Bouyacoub, D. Bormann, A. Krallafa, J. Mol. Struct. (Theochem) 2008, 864, 42.
24. O. Loboda, V. Goncharuk, Chem. Phys. Lett. 2010, 484, 144.
25. C. Y. Geng, H. Wen, H. Zhou, J. Phys. Chem. A 2009, 113, 5463.
26. P. Siuda, J. Sadlej, J. Phys. Chem. A 2011, 115, 612.
27. (a), K. E. Riley, M. Pitonak, P. Jurecka, P. Hobza, Chem. Rev. 2010, 110, 5023
28. (b), W. Kohn, Y. Meir, D. E. Makarov, Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 4153
29. (c), M. Dion, H. Rydberg, E. Shröder, D. C. Langreth, B. I. Lundqvist, Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 246401
30. (d), E. R. Johnson, I. D. Mackie, G. A. DiLabio, J. Phys. Org. Chem. 2009, 22, 1127
31. (e), S. Grimme, Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2011, 1, 211.
32. K. Lee, E. D. Murray, L. Z. Kong, B. I. Lundqvist, D. C. Langreth, Phys. Rev. B 2010, 82, 081101.
33. O. A. Vydrov, T. Van Voorhis, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 063004.
34. O. A. Vydrov, T. Van Voorhis, J. Chem. Phys. 2010, 133, 244103.
35. (a), Y. Zhao, N. E. Schultz, D. G. Truhlar, J. Chem. Phys. 2005, 123, 161103
36. (b), Y. Zhao, N. E. Schultz, D. G. Truhlar, J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 364.
37. (a), Y. Zhao, D. G. Truhlar, Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215
38. (b), Y. Zhao, D. G. Truhlar, J. Phys. Chem. A 2006, 110, 13126
39. (c), Y. Zhao, D. G. Truhlar, J. Chem. Phys. 2006, 125, 194101.
40. S. Grimme, J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787.
41. J. D. Chai, M. Head-Gordon, Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 6615.
42. A. Tkatchenko, M. Scheffler, Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 073005.
43. F. Ortmann, F. Bechstedt, W. G. Schmidt, Phys. Rev. B 2006, 73, 205101.
44. (a), O. A. Vydrov, T. Van Voorhis, J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 1929
45. (b), Y. Ghadar, A. E. Clark, J. Chem. Phys. 2012, 136, 054305
46. (c), K. L. Copeland, G. S. Tschumper, J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 1646.
47. P. J. Stephens, F. J. Devlin, C. F. Chabalowski, M. J. Frisch, J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623.
48. X. Xu, W. A. Goddard, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 2673.
49. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
50. J. P. Perdew, J. A. Chevary, S. H. Vosko, K. A. Jackson, M. R. Pederson, D. J. Singh, C. Fiolhais, Phys. Rev. B 1992, 46, 6671.
51. J. M. Tao, J. P. Perdew, V. N. Staroverov, G. E. Scuseria, Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 146401.
52. J. D. Chai, M. Head-Gordon, J. Chem. Phys. 2008, 128, 084106.
53. O. A. Vydrov, G. E. Scuseria, J. Chem. Phys. 2006, 125, 234109.
54. T. Yanai, D. P. Tew, N. C. Handy, Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51.
55. H. Iikura, T. Tsuneda, T. Yanai, K. Hirao, J. Chem. Phys. 2001, 115, 3540.
56. (a), P. Kumar, N. Sathyamurthy, J. Phys. Chem. A 2011, 115, 14276
57. (b), G. S. Fanourgakis, E. Apra, S. S. Xantheas, J. Chem. Phys. 2004, 121, 2655.
58. S. F. Boys, F. Bernardi, Mol. Phys. 1970, 19, 553.
59. S. S. Xantheas, J. Chem. Phys. 1996, 104, 8821.
60. M. J. Frisch, et al. Gaussian 09, Revision A.01, M. J. Frisch,;, G. W. Trucks,;, H. B. Schlegel,;, G. E. Scuseria,;, M. A. Robb,;, J. R. Cheeseman,;, G. Scalmani,;, V. Barone,;, B. Mennucci,;, G. A. Petersson,;, H. Nakatsuji,;, M. Caricato,;, X. Li,;, H. P. Hratchian,;, A. F. Izmaylov,;, J. Bloino,;, G. Zheng,;, J. L. Sonnenberg,;, M. Hada,;, M. Ehara,;, K. Toyota,;, R. Fukuda,;, J. Hasegawa,;, M. Ishida,;, T. Nakajima,;, Y. Honda,;, O. Kitao,;, H. Nakai,;, T. Vreven,;, J. A. Montgomery,;, J. E. Peralta,;, F. Ogliaro,;, M. Bearpark,;, J. J. Heyd,;, E. Brothers,;, K. N. Kudin,;, V. N. Staroverov,;, R. Kobayashi,;, J. Normand,;, K. Raghavachari,;, A. Rendell,;, J. C. Burant,;, S. S. Iyengar,;, J. Tomasi,;, M. Cossi,;, N. Rega,;, J. M. Millam,;, M. Klene,;, J. E. Knox,;, J. B. Cross,;, V. Bakken,;, C. Adamo,;, J. Jaramillo,;, R. Gomperts,;, R. E. Stratmann,;, O. Yazyev,;, A. J. Austin,;, R. Cammi,;, C. Pomelli,;, J. W. Ochterski,;, R. L. Martin,;, K. Morokuma,;, V. G. Zakrzewski,;, G. A. Voth,;, P. Salvador,;, J. J. Dannenberg,;, S. Dapprich,;, A. D. Daniels,;, O. Farkas,;, J. B. Foresman,;, J. V. Ortiz,;, J. Cioslowski,; and, D. J. Fox,; Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
61. (a), B. Delley, J. Chem. Phys. 1990, 92, 508; (b), B. Delley, J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. Material Studio, Accelrys Software Inc., 2010.
62. L. A. Curtiss, D. J. Frurip, M. Blander, J. Chem. Phys. 1979, 71, 2703.
63. J. R. Reimers, R. O. Watts, M. L. Klein, Chem. Phys. 1982, 64, 95.
64. J. A. Odutola, T. R. Dyke, J. Chem. Phys. 1980, 72, 5062.
65. T. R. Dyke, K. M. Mack, J. S. Muenter, J. Chem. Phys. 1977, 66, 498.
66. V. S. Bryantsev, M. S. Diallo, A. C. T. van Duin, W. A. Goddard, J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1016.
67. S. Tsuzuki, K. Honda, T. Uchimaru, M. Mikami, J. Chem. Phys. 2006, 124, 114304.
68. (a), M. W. Feyereisen, D. Feller, D. A. Dixon, J. Phys. Chem. 1996, 100, 2993
69. (b), K. Kim, K. D. Jordan, J. Phys. Chem. 1994, 98, 10089
70. (c), S. S. Xantheas, T. H. Dunning, J. Chem. Phys. 1993, 99, 8774.
71. A. K. Rappe, E. R. Bernstein, J. Phys. Chem. A 2000, 104, 6117.
72. (a), F. Weinhold, J. Mol. Struct. (Theochem) 1997, 398, 181
73. (b), F. Weinhold, J. Chem. Phys. 1998, 109, 373.
74. R. Ludwig, A. Appelhagen, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 811.
75. L. Goerigk, S. Grimme, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 6670.
76. A. Khan, J. Chem. Phys. 1999, 110, 11884.
77. S. Grimme, J. Antony, T. Schwabe, C. Muck-Lichtenfeld, Org. Biomol. Chem. 2007, 5, 741.