使用从头算方法计算标准氢电极的绝对电极电势

刘宇昂 武跃超 黄钧宇 王涛 刘晓红 言天英

引用本文: 刘宇昂, 武跃超, 黄钧宇, 王涛, 刘晓红, 言天英. 使用从头算方法计算标准氢电极的绝对电极电势[J]. 大学化学, 2025, 40(3): 215-222. doi: 10.12461/PKU.DXHX202407112 shu
Citation:  Yu'ang Liu,  Yuechao Wu,  Junyu Huang,  Tao Wang,  Xiaohong Liu,  Tianying Yan. Computation of Absolute Electrode Potential of Standard Hydrogen Electrode Using Ab Initio Method[J]. University Chemistry, 2025, 40(3): 215-222. doi: 10.12461/PKU.DXHX202407112 shu

使用从头算方法计算标准氢电极的绝对电极电势

    通讯作者: 刘晓红,E-mail:xhliu@nankai.edu.cn; 言天英,E-mail:tyan@nankai.edu.cn
  • 基金项目:

    2024年教育部产学合作协同育人项目(231000627083210);南开大学2023年实验教学改革项目(23NKZZYQ11);国家自然科学基金(22273040)

摘要: 本文通过设计计算化学实验,采用量子化学从头算方法,结合热力学循环,计算出标准氢电极的绝对电极电势。具体方案为,通过自洽反应场方法,计算出质子在水中的溶剂化自由能。在此基础上,计算出标准氢电极半反应的吉布斯自由能,并通过能斯特方程计算出其绝对电极电势。通过本实验,可望加深学生对电极电势、氧化还原反应、能斯特方程、热力学循环、吉布斯自由能及量子化学从头算的理解。

English

    1. [1]

      Lewis, A.; Bumpus, J. A.; Truhlar, D. G.; Cramer, C. J. J. Chem. Educ. 2004, 81 (4), 596.Lewis, A.; Bumpus, J. A.; Truhlar, D. G.; Cramer, C. J. J. Chem. Educ. 2004, 81 (4), 596.

    2. [2]

      Matsui, T.; Kitagawa, Y.; Okumura, M.; Shigeta, Y.; Sakaki, S. J. Comput. Chem. 2013, 34 (1), 21.Matsui, T.; Kitagawa, Y.; Okumura, M.; Shigeta, Y.; Sakaki, S. J. Comput. Chem. 2013, 34 (1), 21.

    3. [3]

      Reiss, H.; Heller, A. J. Phys. Chem. 1985, 89 (20), 4207.Reiss, H.; Heller, A. J. Phys. Chem. 1985, 89 (20), 4207.

    4. [4]

      Donald, W. A.; Leib, R. D.; O’Brien, J. T.; Bush, M. F.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (11), 3371.Donald, W. A.; Leib, R. D.; O’Brien, J. T.; Bush, M. F.; Williams, E. R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (11), 3371.

    5. [5]

      Kelly, C. P.; Cramer, C. J.; Truhlar. D. G. J. Phys. Chem. B 2007, 111 (2), 408.Kelly, C. P.; Cramer, C. J.; Truhlar. D. G. J. Phys. Chem. B 2007, 111 (2), 408.

    6. [6]

      Isse, A. A.; Gennaro, A. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (23), 7894.Isse, A. A.; Gennaro, A. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (23), 7894.

    7. [7]

      Donald, W. A.; Leib, R. D.; Jeremy, T.; O’Brien, J. T.; Williams, E. R. Chem. Eur. J. 2009, 15 (24), 5926.Donald, W. A.; Leib, R. D.; Jeremy, T.; O’Brien, J. T.; Williams, E. R. Chem. Eur. J. 2009, 15 (24), 5926.

    8. [8]

      Fawcett, W. R. Langmuir 2008, 24 (17), 9868.Fawcett, W. R. Langmuir 2008, 24 (17), 9868.

    9. [9]

      Tripkovic, V.; Björketun, M. E.; Skúlason, E.; Rossmeisl, J. Phys. Rev. B 2011, 84, 115452.Tripkovic, V.; Björketun, M. E.; Skúlason, E.; Rossmeisl, J. Phys. Rev. B 2011, 84, 115452.

    10. [10]

      Gomer, R.; Tryson, G. J. Chem. Phys. 1977, 66 (10), 4413.Gomer, R.; Tryson, G. J. Chem. Phys. 1977, 66 (10), 4413.

    11. [11]

      Trasatti, S. Pure Appl. Chem. 1986, 58 (7), 955.Trasatti, S. Pure Appl. Chem. 1986, 58 (7), 955.

    12. [12]

      Bartmess, J. E. J. Phys. Chem. 1994, 98 (25), 6420.Bartmess, J. E. J. Phys. Chem. 1994, 98 (25), 6420.

    13. [13]

      Trasatti, S. Electrochim. Acta 1990, 35 (1), 269.Trasatti, S. Electrochim. Acta 1990, 35 (1), 269.

    14. [14]

      Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; et al. Gaussian 16, Revision C.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2016.Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; et al. Gaussian 16, Revision C.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2016.

    15. [15]

      Cheng, J.; Sprik, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (32), 11245.Cheng, J.; Sprik, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (32), 11245.

    16. [16]

      Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (18), 6378.Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (18), 6378.

    17. [17]

      Pliego, J. R.; Riveros, J. M. J. Phys. Chem. A 2001, 105 (30), 7241.Pliego, J. R.; Riveros, J. M. J. Phys. Chem. A 2001, 105 (30), 7241.

    18. [18]

      Eigen D. R. M. Angew Chem. Int Ed. Engl. 1964, 3 (1), 1.Eigen D. R. M. Angew Chem. Int Ed. Engl. 1964, 3 (1), 1.

    19. [19]

      Zhao, Y.; Schultz, N. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2 (2), 364.Zhao, Y.; Schultz, N. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2 (2), 364.

    20. [20]

      Ben-Naim, A. J. Phys. Chem. 1978, 82 (7), 792.Ben-Naim, A. J. Phys. Chem. 1978, 82 (7), 792.

    21. [21]

      Foresman, J. B., Frish A. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed.; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2015; pp. 207-210.Foresman, J. B., Frish A. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed.; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2015; pp. 207-210.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  139
  • HTML全文浏览量:  30
文章相关
  • 发布日期:  2025-02-21
  • 收稿日期:  2024-07-26
  • 修回日期:  2025-02-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章