Diabatic free energy curves and coordination fluctuations for the aqueous Ag+∕Ag2+ redox couple: A biased Born-Oppenheimer molecular dynamics investigation

非绝热的 溶剂化 化学 分子动力学 势能 玻恩-奥本海默近似 电离 水溶液 原子物理学 热力学 物理化学 离子 计算化学 物理 绝热过程 分子 有机化学
作者
Blumberger, Jochen,Tavernelli, Ivano,Klein, Michael L.,Sprik Michiel
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:124 (6): 64507-64507 被引量:136
标识
DOI:10.1063/1.2162881
摘要

Biased Born-Oppenheimer molecular dynamics simulations are performed to compute redox potential and free energy curves for the redox half reaction Ag+→Ag2++e− in aqueous solution. The potential energy surfaces of reactant and product state are linearly coupled and the system transferred from the reduced state to the oxidized state by variation of the coupling parameter from 0 to 1. The redox potential is obtained by thermodynamic integration of the average ionization energy of Ag+. Diabatic free energy curves of reduced (R) and oxidized (O) states are obtained to good statistical accuracy by reweighting and combining the set of biased distributions of the ionization energy. The diabatic free energy curves of Ag+ and Ag2+ are parabolic over a wide range of the reaction coordinate in agreement with the linear response assumption that underlies Marcus theory. However, we observe deviations from parabolic behavior in the equilibrium region of Ag+ and find different values for the reorganization free energy of R (1.4 eV) and O (0.9 eV). The computed reorganization free energy of Ag2+ is in good agreement with the experimental estimate of 0.9–1.2 eV obtained from photoelectron spectroscopy. As suggested by our calculations, the moderate deviation from linear response behavior found for Ag+ is likely related to the highly fluxional solvation shell of this ion, which exhibits water exchange reactions on the picosecond time scale of the present molecular dynamics simulation.
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