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리포트 / 자연과학

서울대학교_물리분석실험_Quantum Calculation(2024)

"서울대학교_물리분석실험_Quantum Calculation(2024)"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2024.09.26 최종저작일 2024.04
물리분석실험 계산화학 orca dft
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서울대학교_물리분석실험_Quantum Calculation(2024)
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    • 🔬 양자 계산의 심층적인 방법론과 실험 과정 상세 설명
    • 🧪 TD-DFT 및 ORCA 소프트웨어를 활용한 전문적인 분자 에너지 분석
    • 📊 분자 구조의 에너지 변화와 흡수 스펙트럼에 대한 정밀한 연구 결과

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    소개

    "서울대학교_물리분석실험_Quantum Calculation(2024)"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. Abstract
    2. Result
    3. Discussion
    4. Reference

    본문내용

    1. Abstract
    실제 계에서는 다양한 원자 혹은 분자가 끊임없이 상호작용하고 있기 때문에 정확한 계산을 하기 어렵다. 컴퓨터를 이용하여 근사적인 계산 방법을 이용하는데 이번 실험에서는 TD-DFT(time dependent density functional theory)를 이용한다. ORCA software와 AVOGADRO1을 이용했으며 basis set으로 hybrid functional의 일종인 B3LYP를 입력하여 hexane 용매 속 5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine과 azobenzene의 형태에 따른 에너지를 계산하고 UV-VIS absorption spectrum을 비교해보았다. 계산 결과 5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine[Z]의 에너지가 [E]보다 약 41.563kcal/mol 낮아 안정한 것으로 나타났다. Azobenzene의 경우 trans 형태의 에너지가 cis형태보다 7.281kcal/mol 낮아 더 안정한 것으로 나타났다. Gibbs free energy의 경우 diazocine에서 E와 Z의 차이가 14.967kcal/mol, azobenzene에서 trans와 cis의 차이가 7.742kcal/mol로 계산됐다. 이렇게 conformation마다 에너지가 다른 이유는 원자의 배치와 관련이 있는데, 대표적으로 N원자의 p orbital에 있는 unpaired electrons의 근처 σ orbital과의 hyperconjugation으로 인한 delocalization의 효과로 에너지 안정화가 있다.

    참고자료

    · Hesselmann, Andreas, Werner, Hans-Joachim, Knowles, Peter J, Thermochemical evaluation of adaptive and fixed density functional theroy quadrature schemes, The Journal of Chemcial Physics157, Cardiff University, 2022
    · Peter K. Vollhardt, Neil Schore, Organic chemstiry, 8th edition, macmillan education, New York, 2018, pp143-160
    · Ron Siewerten, Hendrikje Neumann, Bengt Buchheim-Stehn, Rainer Herges, Christian Nather, Falk Renth, Friedrich Temps, Highly Efficient ReversibleZ-EPhotoisomerization of a Bridged Azobenzenewith Visible Light through Resolved S1(nπ*) Absorption Bands, JACS communications, Germany, 2009

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    • 1. Quantum Calculation
      Quantum calculation is a powerful tool for understanding the behavior of matter and energy at the atomic and subatomic level. It involves the application of quantum mechanics, a fundamental theory in physics that describes the behavior of particles and waves on the quantum scale. Quantum calculations can be used to predict the properties of materials, chemical reactions, and even biological processes. However, the complexity of quantum systems and the limitations of current computational resources can make these calculations challenging and time-consuming. Advances in quantum computing and the development of more efficient algorithms may help to overcome these limitations in the future, allowing for more accurate and efficient quantum calculations.
    • 2. 5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine
      5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine is a heterocyclic organic compound that has been studied for its potential applications in various fields, such as photochemistry and molecular electronics. This compound is known for its ability to undergo reversible photoisomerization, where it can switch between two different structural configurations in response to light. This property makes it a promising candidate for use in light-driven devices and systems. However, the complex structure and behavior of this compound can make it challenging to study and understand using traditional experimental and computational methods. Quantum calculations may be useful in providing a deeper understanding of the electronic structure and reactivity of 5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine, which could lead to the development of new applications and technologies.
    • 3. Azobenzene
      Azobenzene is a well-known organic compound that has been extensively studied for its photochromic properties, which allow it to undergo reversible structural changes in response to light. This property has made azobenzene a valuable tool in various fields, such as photochemistry, materials science, and biology. Quantum calculations can be particularly useful in understanding the electronic structure and photochemical behavior of azobenzene, as well as in designing new azobenzene-based materials and devices. However, the complexity of the azobenzene molecule and the various factors that can influence its behavior, such as solvent effects and substituent effects, can make these calculations challenging. Continued research and advancements in computational methods may help to overcome these challenges and lead to a deeper understanding of azobenzene and its applications.
    • 4. UV-VIS absorption spectrum
      The UV-VIS (ultraviolet-visible) absorption spectrum is a fundamental tool in analytical chemistry and materials science, providing valuable information about the electronic structure and optical properties of molecules and materials. Quantum calculations can be a powerful complement to experimental UV-VIS spectroscopy, as they can provide insights into the underlying electronic transitions and the factors that influence the absorption spectrum. However, accurately modeling the UV-VIS absorption spectrum of complex molecules or materials can be computationally demanding, requiring the use of advanced quantum mechanical methods and careful consideration of factors such as solvent effects, vibrational effects, and the influence of substituents or functional groups. Continued advancements in computational power and the development of more efficient and accurate quantum calculation methods may help to overcome these challenges and further expand the applications of UV-VIS absorption spectroscopy.
    • 5. 계산 방법의 한계
      계산 방법의 한계는 양자 계산을 수행할 때 항상 고려해야 할 중요한 요소입니다. 양자 계산은 복잡한 물리적 현상을 모델링하고 예측하는 데 매우 유용하지만, 계산 자원의 제한, 근사화된 이론 및 알고리즘, 실험 데이터와의 불일치 등 다양한 한계가 존재합니다. 이러한 한계로 인해 양자 계산 결과의 정확성과 신뢰성이 제한될 수 있습니다. 따라서 계산 방법의 한계를 이해하고 이를 극복하기 위한 지속적인 연구와 개선이 필요합니다. 예를 들어 더 강력한 컴퓨팅 자원, 향상된 이론 및 알고리즘, 실험 데이터와의 상호 보완 등을 통해 양자 계산의 정확성과 실용성을 높일 수 있습니다. 이러한 노력을 통해 양자 계산은 물리, 화학, 재료 과학 등 다양한 분야에서 더욱 유용한 도구로 활용될 수 있을 것입니다.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      분자 구조와 에너지 특성, 그리고 광학적 성질을 체계적으로 분석하여 분자의 안정성과 반응성을 설명하고 있다.

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