Potential energy surfaces are generated for the reactions of Ca + $H_2$ → CaH + H, Ti + NO → TiO + N, Ti + $O_2$ → TiO + O, Sc+NO → ScO+N, Sc + O$_2$ → ScO + O, LiH + H → Li + $H_2$ using ab initio method. Six $^1$A` potential energy surfaces of the Ca + $H_2$ system have been calculated using an effective-core potential and a core-polarization potential for Ca atom. The 2 $^1A`$ surface, made from Ca(4s3d, $^1D$), has a very stable intermediate, and crosses with the ground state (1 $^1A`$) potential energy surface in $C_{2v}$ geometry. A diabatic coupling between these two surfaces can result in the CaH product. For the reaction between transition metals and oxidant molecules, charge transfer from metal to oxidant molecule occurred and energy barrier is present, coming from the ionic-neutral potential energy surface crossing. The end-on attack appeared to be the most efficient for the reaction of Ti + NO → TiO + N and Sc+NO → ScO+N, while the side-on attack is the most efficient for the reaction of $Ti + O_2 → TiO + O$ and $Sc + O_2 → ScO + O$. Trajectory calculations on the interpolated potential energy surface which was made by IMLS/Shepard interpolation scheme illustrate that the initial vibrational content of LiH plays a rather minor role in the sense that the reactive cross section depends little on it, and the reactive cross section has maximum value, when the initial collision energy is about 0.1 eV. The endothermic reaction of $Li + H_2 → LiH + H$ requires highly excited $H_2$ molecules for it to occur at low collision energy (ν≥ 4), and it is more efficient to put the same amount energy into the $H_2$ vibration energy rather than translational energy. IRC and DRC calculations were performed and their results are analyzed by vibration modes of reactants and products. Our works show that reaction mechanisms and some essential features can be predicted by analyzing the potential surfaces or reaction dynamic calculations.
Ab initio 방법을 이용하여 $Ca + H_2 → CaH + H, Ti + NO → TiO + N, Ti + O_2 → TiO + O, Sc+NO →ScO+N, Sc + O_2 → ScO + O, LiH + H → Li + H_2$ 반응에 대한 에너지 표면을 계산하였다. Ca + $H_2$ 반응의 경우 Ca는 effective core potential과 core-polarization potential을 이용하여 $^1A^'$ potential energy surfaces을 계산하였다. Ca(4s3d, $^1D$)와 수소 분자와의 반응으로 만들어진 $2^1A`$ 에너지 표면은 $C_{2v}$ 구조에서 안정한 중간체를 형성하며 $1^1A`$ 에너지 표면과 교차하여 생성물인 CaH 분자가 형성된다. 전이 금속과 산화제인 $O_2$ 와 NO 분자의 경우는 entrance channel에서 전이 금속에서 산화제로 전자 전이가 일어나고 ionic 에너지 표면과 neutral 에너지 표면과의 상호 작용에 의하여 에너지 언덕이 생긴다. Ti + NO → TiO + N 과 Sc+NO → ScO+N 반응의 경우는 N이 금속 원자로 향하는 end-on 구조로 반응하는 것이 더 용이하며 $Ti + O_2 → TiO + O$ 과 $Sc + O_2 → ScO + O$ 반응의 경우는 side-on 구조로 반응하는 것이 더 용이하다. $LiH + H → Li + H_2$ 반응은 ab initio 방법으로 에너지 표면을 계산한 후 IMLS/Shepard interpolation을 이용하여 interpolated 된 에너지 표면을 구하였다. Trajectory계산 결과는 reactive cross section은 LiH의 초기 진동 상태에 의존하지 않으며 충돌 에너지가 0.1eV일 경우 최대치를 가짐을 보이고 있다. IRC, DRC 방법은 반응물과 생성물의 vibration mode를 이용하여 반응 경로를 예측할 수 있었으며 스핀-궤도 상호작용이 포함된 에너지 표면을 이용할 경우 전이 상태와 반응 경로에 미치는 영향을 고찰할 수 있다. 이와 같이 에너지 표면의 계산과 반응 동력학 계산은 반응 경로와 특성을 예측· 분석하는데 중요한 지표가 됨을 알 수 있다.
