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PESMethoden

PES-Methoden befassen sich mit der Beschreibung, Berechnung und Nutzung von Potential-Energie-Flächen (PES) chemischer Systeme. Die PES beschreibt die Energie eines Systems als Funktion der Kernkonfiguration und dient als Grundlage für Reaktionskinetik, Struktur und Dynamik. In der Praxis werden PES meist durch ab-initio oder DFT-Berechnungen an vielen Geometrien systematisch bestimmt und anschließend optimiert.

Zu den klassischen Ansätzen gehören ab-initio Methoden wie Hartree-Fock, MP2, CCSD(T) sowie mehrreferenzielle Multi-Reference-Verfahren (z. B.

Die Konstruktion einer PES umfasst Geometrieoptimierungen, Frequenzanalysen zur Identifikation von Minima und Übergangszuständen sowie Reaktionspfad-Forschung wie

Anwendungen liegen in der Katalyse, organischer und anorganischer Reaktionskinetik, Materialwissenschaft und Biochemie. Herausforderungen bleiben Skalierbarkeit, Behandlung

CASSCF,
CASPT2)
für
Systeme
mit
stark
korrelierter
Elektronenstruktur.
Dichtefunktionalmethoden
(DFT)
bieten
oft
einen
guten
Kompromiss
zwischen
Genauigkeit
und
Kosten,
während
semiempirische
Ansätze
(z.
B.
PM3)
schneller,
aber
weniger
zuverlässig
sind.
Für
Reaktionsmechanismen
sind
auch
Spezialfälle
wichtig,
etwa
die
Behandlung
von
konischen
Schnittpunkten
und
Mehrreferenzcharakter.
IRC
(Intrinsic
Reaction
Coordinate)
oder
Nudged
Elastic
Band
(NEB)
Verfahren.
Analytische
PES-Fits
verwenden
Funktionen
oder
Permutational
invariant
Polynomansätze
(PIP)
bzw.
Many-Body
Expansions,
um
glatte
Oberflächen
zu
erzeugen.
In
jüngerer
Zeit
gewinnen
maschinelles
Lernen
und
neuronale
Netze
(z.
B.
NN-Potenziale)
sowie
gaussische
Prozesse
Zugang
zur
effizienten
Modellierung
großer
PES
mit
hoher
Genauigkeit.
elektronischer
Korrelation,
Mehrreferenzprobleme
und
die
Übertragung
von
PES
über
Konformationen
und
Reaktionsräume
hinweg.