《表1 512、51262和435663笼形水合簇优化前后结构与能量的对比》

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《笼形水合簇中水分子对与氢键能的关系》

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a—12型面外的共价键；b—12型面内的共价键；c—21型面内的共价键。

为了证明生成的笼形水合簇的合理性，对3种类型的笼形水合簇各选一个进行全优化并校正其能量。表1比较了优化前后的平均键长、平均键角和相关能量，可以看出优化后，无论是伸向面外的O—H共价键长，还是面内形成氢键的O—H共价键长的变化都不超过2.0 pm，∠H—O—H共价键角的改变也不大（小于1.5°），相较而言，优化后对应氢键的长度变化较大（接近5.0 pm），氢键角度的改变最大约有10.0°。由此可以看出，构造的笼形水合簇全优化后，只是氢键网络发生了形变。3种笼优化前后单笼中氢键网络的变形能差值ΔEbind分别为-68.27 kJ/mol、-80.98 kJ/mol和-60.91 kJ/mol，与优化前单笼能量相比小于8.2%。事实上，考虑到512、51262和435663笼形水合簇分别拥有30、36和30个氢键，若将氢键网络的能量变化均分到每个氢键，则单笼中平均氢键差值ΔEHb分别为-2.28 k J/mol、-2.25 k J/mol和-2.03 kJ/mol，说明优化前后氢键能量相差不大，表明产生的512、51262和435663笼形水合簇接近其最优结构，因此随机构建的笼形水合簇是合理的。