Optimized Finite Difference Method for the Full-Potential XANES Simulations: Application to Molecular Adsorption Geometries in MOFs and Metal-Ligand Intersystem Crossing Transients

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 11, Issue 9, 2015, Pages 4512-4521

  Guda, Sergey A ^a   Guda, Alexander A ^a   Soldatov, Mikhail A ^a   Lomachenko, Kirill A ^a,b   Bugaev, Aram L ^a   Lamberti, Carlo ^a,b   Gawelda, Wojciech ^c   Bressler, Christian ^c,d   Smolentsev, Grigory ^a,e   Soldatov, Alexander V ^a   Joly, Yves ^f,g  

^a SOUTHERN FEDERAL UNIVERSITY   (Russian Federation)

^b UNIVERSITY OF TURIN   (Italy)

^c EUROPEAN XFEL GMBH   (Germany)

^d UNIVERSITY OF HAMBURG   (Germany)

^e PAUL SCHERRER INSTITUTE   (Switzerland)

^f UNIV GRENOBLE ALPES   (France)

^g CNRS   (France)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84941035219     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00327     Document Type: Article

References (105)

1. Phys. Rev. B, 2001, 63, 125120
2. Saini, N. L.; Lanzara, A.; Oyanagi, H.; Yamaguchi, H.; Oka, K.; Ito, T.; Bianconi, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1997, 55, 12759-12769 10.1103/PhysRevB.55.12759
3. Ankudinov, A. L.; Ravel, B.; Rehr, J. J.; Conradson, S. D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 58, 7565-7576 10.1103/PhysRevB.58.7565
4. Rehr, J. J.; Albers, R. C. Rev. Mod. Phys. 2000, 72, 621-654 10.1103/RevModPhys.72.621
5. Ankudinov, A. L.; Bouldin, C. E.; Rehr, J. J.; Sims, J.; Hung, H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2002, 65, 104107 10.1103/PhysRevB.65.104107
6. Bourke, J. D.; Chantler, C. T.; Witte, C. Phys. Lett. A 2007, 360, 702-706 10.1016/j.physleta.2006.08.084
7. Wang, Q.; Hanson, J. C.; Frenkel, A. I. J. Chem. Phys. 2008, 129, 234502 10.1063/1.3040271
8. Vinson, J.; Rehr, J. J.; Kas, J. J.; Shirley, E. L. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 83, 115106 10.1103/PhysRevB.83.115106
9. Yang, S.; Wang, D.; Liang, G.; Yiu, Y. M.; Wang, J.; Liu, L.; Sun, X.; Sham, T.-K. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7007-7016 10.1039/c2ee03445j
10. Bordiga, S.; Groppo, E.; Agostini, G.; van Bokhoven, J. A.; Lamberti, C. Chem. Rev. 2013, 113, 1736-1850 10.1021/cr2000898
11. Li, D.; Bancroft, G. M.; Kasrai, M.; Fleet, M. E.; Feng, X. H.; Tan, K. H.; Yang, B. X. Solid State Commun. 1993, 87, 613-617 10.1016/0038-1098(93)90123-5
12. Bordiga, S.; Coluccia, S.; Lamberti, C.; Marchese, L.; Zecchina, A.; Boscherini, F.; Buffa, F.; Genoni, F.; Leofanti, G.; Petrini, G.; Vlaic, G. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4125-4132 10.1021/j100066a036
13. Bordiga, S.; Buzzoni, R.; Geobaldo, F.; Lamberti, C.; Giamello, E.; Zecchina, A.; Leofanti, G.; Petrini, G.; Tozzola, G.; Vlaic, G. J. Catal. 1996, 158, 486-501 10.1006/jcat.1996.0048
14. Lockard, J. V.; Rachford, A. A.; Smolentsev, G.; Stickrath, A. B.; Wang, X.; Zhang, X.; Atenkoffer, K.; Jennings, G.; Soldatov, A.; Rheingold, A. L.; Castellano, F. N.; Chen, L. X. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 12780-12787 10.1021/jp1088299
15. Borfecchia, E.; Maurelli, S.; Gianolio, D.; Groppo, E.; Chiesa, M.; Bonino, F.; Lamberti, C. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 19839-19850 10.1021/jp305756k
16. Schauries, D.; Ney, V.; Nayak, S. K.; Entel, P.; Guda, A. A.; Soldatov, A. V.; Wilhelm, F.; Rogalev, A.; Kummer, K.; Yakhou, F.; Ney, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 87, 125206 10.1103/PhysRevB.87.125206
17. Natoli, C. R.; Benfatto, M.; Della Longa, S.; Hatada, K. J. Synchrotron Radiat. 2003, 10, 26-42 10.1107/S0909049502017247
18. Bordiga, S.; Lamberti, C.; Ricchiardi, G.; Regli, L.; Bonino, F.; Damin, A.; Lillerud, K. P.; Bjorgen, M.; Zecchina, A. Chem. Commun. 2004, 2300-2301 10.1039/b407246d
19. Rehr, J. J.; Ankudinov, A. L. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 131-140 10.1016/j.ccr.2004.02.014
20. Mino, L.; Agostini, G.; Borfecchia, E.; Gianolio, D.; Piovano, A.; Gallo, E.; Lamberti, C. J. Phys. D: Appl. Phys. 2013, 46, 423001 10.1088/0022-3727/46/42/423001
21. Garino, C.; Borfecchia, E.; Gobetto, R.; van Bokhoven, J. A.; Lamberti, C. Coord. Chem. Rev. 2014, 277-278, 130-186 10.1016/j.ccr.2014.03.027
22. Joly, Y.; Grenier, S. Theory of X-ray Absorption Near Edge Structure. In XAS and XES; Theory and Applications; van Bokhoven, J. A.; Lamberti, C., Eds.; John Wiley & Sons: 2015; Vol. 1.
23. García, J.; Subías, G.; Blasco, J. XAS studies on mixed valence oxides. In XAS and XES; Theory and Applications; van Bokhoven, J. A.; Lamberti, C., Eds.; John Wiley & Sons: 2015; Vol. 1.
24. Rehr, J. J.; Kas, J. J.; Prange, M. P.; Sorini, A. P.; Takimoto, Y.; Vila, F. C. R. Phys. 2009, 10, 548-559 10.1016/j.crhy.2008.08.004
25. Rehr, J. J.; Kas, J. J.; Vila, F. D.; Prange, M. P.; Jorissen, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5503-5513 10.1039/b926434e
26. Bugaev, L. A.; Gegusin, I. I.; Datsyuk, V. N.; Novakovich, A. A.; Vedrinskii, R. V. Phys. Status Solidi B 1986, 133, 195-202 10.1002/pssb.2221330123
27. Bianconi, A.; Garcia, J.; Benfatto, M.; Marcelli, A.; Natoli, C. R.; Ruizlopez, M. F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991, 43, 6885-6892 10.1103/PhysRevB.43.6885
28. Tyson, T. A.; Hodgson, K. O.; Natoli, C. R.; Benfatto, M. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1992, 46, 5997-6019 10.1103/PhysRevB.46.5997
29. Ebert, H. The Munich SPR-KKR package, version 6.3. http://ebert.cup.uni-muenchen.de/SPRKKR (accessed Aug 1, 2015).
30. Schwarz, K.; Blaha, P.; Madsen, G. K. H. Comput. Phys. Commun. 2002, 147, 71-76 10.1016/S0010-4655(02)00206-0
31. Schwarz, K.; Blaha, P. Comput. Mater. Sci. 2003, 28, 259-273 10.1016/S0927-0256(03)00112-5
32. Taillefumier, M.; Cabaret, D.; Flank, A. M.; Mauri, F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2002, 66, 195107 10.1103/PhysRevB.66.195107
33. te Velde, G.; Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J.; Guerra, C. F.; Van Gisbergen, S. J. A.; Snijders, J. G.; Ziegler, T. J. Comput. Chem. 2001, 22, 931-967 10.1002/jcc.1056
34. ADF. SCM Theoretical Chemistry; Vrije Universiteit: Amsterdam, The Netherlands, 2014. http://www.scm.com (accessed Aug 1, 2015).
35. Neese, F. ORCA, an ab initio DFT and semiempirical electronic structure package, version 2.7; University of Bonn: Bonn, Germany, 2009.
36. Fernando, R. G.; Balhoff, M. C.; Lopata, K. J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 646-654 10.1021/ct500943m
37. Bunəu, O.; Joly, Y. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 85, 155121 10.1103/PhysRevB.85.155121
38. Wenzel, J.; Wormit, M.; Dreuw, A. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 4583-4598 10.1021/ct5006888
39. Smolentsev, G.; Guilera, G.; Tromp, M.; Pascarelli, S.; Soldatov, A. V. J. Chem. Phys. 2009, 130, 174508 10.1063/1.3125940
40. Joly, Y. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2001, 63, 125120 10.1103/PhysRevB.63.125120
41. Joly, Y. J. Synchrotron Radiat. 2003, 10, 58-63 10.1107/S0909049502017211
42. Davis, T. A. ACM Trans. Math. Software. 2004, 30, 196-199 10.1145/992200.992206
43. Davis, T. A.; Duff, I. S. ACM Trans. Math. Software. 1999, 25, 1-20 10.1145/305658.287640
44. Amestoy, P. R.; Duff, I. S.; L'Excellent, J.-Y.; Koster, J. SIAM J. Matrix Anal. Appl. 2001, 23, 15-41 10.1137/S0895479899358194
45. Amestoy, P. R.; Guermouche, A.; L'Excellent, J.-Y.; Pralet, S. Parallel Comput. 2006, 32, 136-156 10.1016/j.parco.2005.07.004
46. Bordiga, S.; Bonino, F.; Lillerud, K. P.; Lamberti, C. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 48854927
47. Butova, V. V.; Soldatov, M. A.; Guda, A. A.; Lomachenko, K. A.; Lamberti, C. Russ. Chem. Rev. 2015, 10.1070/RCR4554
48. Yildirim, T.; Hartman, M. R. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 215504 10.1103/PhysRevLett.95.215504
49. Cabria, I.; Lopez, M. J.; Alonso, J. A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 78, 205432 10.1103/PhysRevB.78.205432
50. FitzGerald, S. A.; Hopkins, J.; Burkholder, B.; Friedman, M.; Rowsell, J. L. C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010, 81, 104305 10.1103/PhysRevB.81.104305
51. Kong, L. Z.; Chabal, Y. J.; Langreth, D. C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 83, 121402 10.1103/PhysRevB.83.121402
52. Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294-1314 10.1039/b802256a
53. Sumida, K.; Rogow, D. L.; Mason, J. A.; McDonald, T. M.; Bloch, E. D.; Herm, Z. R.; Bae, T. H.; Long, J. R. Chem. Rev. 2012, 112, 724-781 10.1021/cr2003272
54. Jakobsen, S.; Gianolio, D.; Wragg, D. S.; Nilsen, M. H.; Emerich, H.; Bordiga, S.; Lamberti, C.; Olsbye, U.; Tilset, M.; Lillerud, K. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 125429 10.1103/PhysRevB.86.125429
55. Canepa, P.; Chabal, Y. J.; Thonhauser, T. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 87, 094407 10.1103/PhysRevB.87.094407
56. Chavan, S.; Bonino, F.; Vitillo, J. G.; Groppo, E.; Lamberti, C.; Dietzel, P. D. C.; Zecchina, A.; Bordiga, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9811-9822 10.1039/b907258f
57. Cychosz, K. A.; Ahmad, R.; Matzger, A. J. Chem. Sci. 2010, 1, 293-302 10.1039/c0sc00144a
58. Horcajada, P.; Gref, R.; Baati, T.; Allan, P. K.; Maurin, G.; Couvreur, P.; Ferey, G.; Morris, R. E.; Serre, C. Chem. Rev. 2012, 112, 1232-1268 10.1021/cr200256v
59. Corma, A.; Garcia, H.; Xamena, F. X. L. Chem. Rev. 2010, 110, 4606-4655 10.1021/cr9003924
60. Kreno, L. E.; Leong, K.; Farha, O. K.; Allendorf, M.; Van Duyne, R. P.; Hupp, J. T. Chem. Rev. 2012, 112, 1105-1125 10.1021/cr200324t
61. Sadakiyo, M.; Kasai, H.; Kato, K.; Takata, M.; Yamauchi, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1702-1705 10.1021/ja410368j
62. Bunzli, J. C. G.; Piguet, C. Chem. Rev. 2002, 102, 1897-1928 10.1021/cr010299j
63. Allendorf, M. D.; Bauer, C. A.; Bhakta, R. K.; Houk, R. J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1330-1352 10.1039/b802352m
64. Kurmoo, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1353-1379 10.1039/b804757j
65. Silva, C. G.; Corma, A.; Garcia, H. J. Mater. Chem. 2010, 20, 3141-3156 10.1039/b924937k
66. Bonino, F.; Chavan, S.; Vitillo, J. G.; Groppo, E.; Agostini, G.; Lamberti, C.; Dietzel, P. D. C.; Prestipino, C.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2008, 20, 4957-4968 10.1021/cm800686k
67. Chavan, S.; Vitillo, J. G.; Groppo, E.; Bonino, F.; Lamberti, C.; Dietzel, P. D. C.; Bordiga, S. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3292-3299 10.1021/jp809872w
68. Bressler, C.; Milne, C.; Pham, V.-T.; ElNahhas, A.; van der Veen, R. M.; Gawelda, W.; Johnson, S.; Beaud, P.; Grolimund, D.; Kaiser, M.; Borca, C. N.; Ingold, G.; Abela, R.; Chergui, M. Science 2009, 323, 489-492 10.1126/science.1165733
69. Sousa, C.; de Graaf, C.; Rudavskyi, A.; Broer, R.; Tatchen, J.; Etinski, M.; Marian, C. M. Chem.-Eur. J. 2013, 19, 17541-17551 10.1002/chem.201302992
70. Zhang, W.; Alonso-Mori, R.; Bergmann, U.; Bressler, C.; Chollet, M.; Galler, A.; Gawelda, W.; Hadt, R. G.; Hartsock, R. W.; Kroll, T.; Kjaer, K. S.; Kubicek, K.; Lemke, H. T.; Liang, H. W.; Meyer, D. A.; Nielsen, M. M.; Purser, C.; Robinson, J. S.; Solomon, E. I.; Sun, Z.; Sokaras, D.; van Driel, T. B.; Vanko, G.; Weng, T.-C.; Zhu, D.; Gaffney, K. J. Nature 2014, 509, 345-348 10.1038/nature13252
71. Gawelda, W.; Pham, V.-T.; van der Veen, R. M.; Grolimund, D.; Abela, R.; Chergui, M.; Bressler, C. J. Chem. Phys. 2009, 130, 124520 10.1063/1.3081884
72. Lawson Daku, L. M.; Hauser, A. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1830-1835 10.1021/jz100548m
73. Lawson Daku, L. M.; Vargas, A.; Hauser, A.; Fouqueau, A.; Casida, M. E. ChemPhysChem 2005, 6, 1393-1410 10.1002/cphc.200400584
74. Kimball, G. E.; Shortley, G. H. Phys. Rev. 1934, 45, 815-820 10.1103/PhysRev.45.815
75. Joly, Y.; Cabaret, D.; Renevier, H.; Natoli, C. R. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2398-2401 10.1103/PhysRevLett.82.2398
76. Davis, T. A. ACM Trans. Math. Software. 2004, 30, 165-195 10.1145/992200.992205
77. Davis, T. A.; Duff, I. S. SIAM J. Matrix Anal. Appl. 1997, 18, 140-158 10.1137/S0895479894246905
78. Bernard; Van, A.; Yves, D.; Diego, C.; Eveline, R.; Eloi, G. Performance improvements and new solution strategies of Actran/TM for nacelle simulations. In 20th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics: 2014.
79. Karypis, G.; Kumar, V. SIAM J. Sci. Comput. 1998, 20, 359-392 10.1137/S1064827595287997
80. Benham, S. P.; Thijssen, J. M.; Inglesfield, J. E. Comput. Phys. Commun. 2001, 136, 64-76 10.1016/S0010-4655(00)00255-1
81. Fonseca Guerra, C.; Snijders, J. G.; te Velde, G.; Baerends, E. J. Theor. Chem. Acc. 1998, 99, 391-403 10.1007/s002140050021
82. Dietzel, P. D. C.; Panella, B.; Hirscher, M.; Blom, R.; Fjellvag, H. Chem. Commun. 2006, 959-961 10.1039/b515434k
83. Dietzel, P. D. C.; Johnsen, R. E.; Fjellvag, H.; Bordiga, S.; Groppo, E.; Chavan, S.; Blom, R. Chem. Commun. 2008, 5125-5127 10.1039/b810574j
84. Chavan, S.; Bonino, F.; Valenzano, L.; Civalleri, B.; Lamberti, C.; Acerbi, N.; Cavka, J. H.; Leistner, M.; Bordiga, S. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 15615-15622 10.1021/jp402440u
85. Gallo, E.; Lamberti, C.; Glatzel, P. Inorg. Chem. 2013, 52, 5633-5635 10.1021/ic400350w
86. Dovesi, R.; Orlando, R.; Civalleri, B.; Roetti, C.; Saunders, V. R.; Zicovich-Wilson, C. M. Z. Kristallogr. 2005, 220, 571-573 10.1524/zkri.220.5.571.65065
87. Dovesi, R.; Saunders, V. R.; Roetti, R.; Orlando, R.; Zicovich-Wilson, C. M.; Pascale, F.; Civalleri, B.; Doll, K.; Harrison, N. M.; Bush, I. J.; D'Arco, P.; Llunell, M. CRYSTAL09; University of Torino: 2009.
88. Valenzano, L.; Vitillo, J. G.; Chavan, S.; Civalleri, B.; Bonino, F.; Bordiga, S.; Lamberti, C. Catal. Today 2012, 182, 67-79 10.1016/j.cattod.2011.07.020
89. Valenzano, L.; Civalleri, B.; Sillar, K.; Sauer, J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 21777-21784 10.1021/jp205869k
90. Binsted, N.; Cook, S. L.; Evans, J.; Greaves, G. N.; Price, R. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3669-3676 10.1021/ja00246a025
91. Ozkar, S.; Ozin, G. A.; Moller, K.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 9575-9586 10.1021/ja00182a016
92. Filipponi, A.; Di Cicco, A.; Zanoni, R.; Bellatreccia, M.; Sessa, V.; Dossi, C.; Psaro, R. Chem. Phys. Lett. 1991, 184, 485-490 10.1016/0009-2614(91)80023-Q
93. Alexeev, O.; Gates, B. C. Top. Catal. 2000, 10, 273-293 10.1023/A:1019184605678
94. Lamberti, C.; Palomino, G. T.; Bordiga, S.; Berlier, G.; D'Acapito, F.; Zecchina, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 2138-2141 10.1002/1521-3773(20000616)39:12<2138::AID-ANIE2138>3.0.CO;2-9
95. Estephane, J.; Groppo, E.; Damin, A.; Vitillo, J. G.; Gianolio, D.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Prestipino, C.; Nikitenko, S.; Quadrelli, E. A.; Taoufik, M.; Basset, J. M.; Zecchina, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7305-7315 10.1021/jp811240m
96. Chavan, S.; Vitillo, J. G.; Uddin, M. J.; Bonino, F.; Lamberti, C.; Groppo, E.; Lillerud, K.-P.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2010, 22, 4602-4611 10.1021/cm1005899
97. Estephane, J.; Groppo, E.; Vitillo, J. G.; Damin, A.; Gianolio, D.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Quadrelli, E. A.; Basset, J. M.; Kervern, G.; Emsley, L.; Pintacuda, G.; Zecchina, A. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4451-4458 10.1021/jp907986w
98. Gianolio, D.; Groppo, E.; Vitillo, J. G.; Damin, A.; Bordiga, S.; Zecchina, A.; Lamberti, C. Chem. Commun. 2010, 46, 976-978 10.1039/B920681G
99. Dick, S. Z. Kristallogr.-New Cryst. Struct. 1998, 213, 356 10.1524/ncrs.1998.213.14.370
100. Droghetti, A.; Alfè, D.; Sanvito, S. J. Chem. Phys. 2012, 137, 124303 10.1063/1.4752411
101. D'Angelo, P.; Migliorati, V. J. Phys. Chem. B 2015, 119, 4061-4067 10.1021/acs.jpcb.5b01634
102. D'Angelo, P.; Roscioni, O. M.; Chillemi, G.; Della Longa, S.; Benfatto, M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1853-1858 10.1021/ja0562503
103. Migliorati, V.; Serva, A.; Aquilanti, G.; Olivi, L.; Pascarelli, S.; Mathon, O.; D'Angelo, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 2464-2474 10.1039/C4CP04406A
104. Arcovito, A.; Ardiccioni, C.; Cianci, M.; D'Angelo, P.; Vallone, B.; Della Longa, S. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 13223-13231 10.1021/jp104395g
105. D'Angelo, P.; Lapi, A.; Migliorati, V.; Arcovito, A.; Benfatto, M.; Roscioni, O. M.; Meyer-Klaucke, W.; Della-Longa, S. Inorg. Chem. 2008, 47, 9905-9918 10.1021/ic800982a