采用VQE-qEOM与SQD模拟电池电解质:LiPF6、NaPF6及FSI盐的活性空间设计、解离与激发态研究
对电池电解质激发态的精确预测是理解其光稳定性、氧化稳定性和降解机制的核心。该研究团队采用混合量子-经典算法——基态变分量子本征求解器(VQE)结合垂直单重态激发的量子运动方程(qEOM)——研究了LiPF6、NaPF6、LiFSI和NaFSI电解质。通过前沿轨道构建紧凑活性空间,映射至量子比特后,利用对称性缩减和交换群测量降低采样成本。在约10量子比特模型中,VQE-qEOM结果与相同哈密顿量的精确对角化高度吻合;而大活性空间中的样本量子对角化(SQD)可得到接近精确(子空间全组态相互作用)的能量值。
光谱数据呈现明显的阴/阳离子规律:PF6盐显示更高的第一激发能(如LiPF6≈13.2电子伏特)和12-13电子伏特区间的三态密集簇;而FSI盐的激发阈值显著降低(≈8-9电子伏特),表现为近简并的(S1,S2)态与间隔约1.3电子伏特的S3态。在同种阴离子体系中,Na+替换Li+会使能隙缩小约0.4-0.8电子伏特。将S1转换为波长显示,所有激发阈值均位于深紫外区(LiPF6∼94纳米;NaPF6∼100纳米;LiFSI∼141纳米;NaFSI∼148纳米)。这些结果适用于NISQ时代的孤立体系或嵌入式团簇,溶剂效应可通过经典Δ溶剂化或静态嵌入进行后验修正。研究表明,当前量子算法可为实际电解质体系提供具有化学意义的激发能与结合能趋势,并为电解质筛选设计建立定量基准。
