Phenol-$(H_2O)_2$ 착물의 여기상태 수소 결합 동력학을 시간 의존 밀도 함수 이론(TDDFT) 법으로 연구하였다. 수소-결합된 착물에 대한 바닥 상태 및 다른 전자 여기 상태들 ($S_1$와 $T_1$)에서의 기하학적 구조와 IR 스펙트라를 밀도 함수 이론(DFT)와 TDDFT 방법을 사용하여 계산하였다. 페놀과 두 물분자 간에 3개의 수소 결합으로 구성된 고리가 형성되었다. 세 개의 수소 결합에서 분자간 수소결합 $O_1-H_2{cdots}O_3-H$은 $S_1$ 그리고 $T_1$ 상태에서 더 강해졌지만, 수소결합 $O_5-H_6{cdots}O_1-H$은 $S_1$과 $T_1$상태에서 약해졌다. 이러한 결과들은 다른 전자 상태에서 수소 결합과 hydrogen-bonding groups의 결합 길이의 변화를 이론적으로 모니터링하여 얻었다. 수소 결합 $O_1-H_2{cdots}O_3-H$가 $S_1$와 $T_1$ 상태 모두에서 강화된다는 것은 OH(phenol)의 계산된 신축 진동 모드가 광 여기에 의해 적색-이동한다는 것으로부터 확인 되었다. 전자 여기 상태에서 수소 결합이 강해지고 약해지는 행동은 phenol-$(H_2O)_n$의 다른 고리 구조에 존재할 수 있다.
The time-dependent density functional theory (TDDFT) method has been carried out to investigate the excitedstate hydrogen-bonding dynamics of phenol-$(H_2O)_2$ complex. The geometric structures and infrared (IR) spectra in ground state and different electronically excited states ($S_1$ and $T_1$) of the hydrogen-bonded complex have been calculated using the density functional theory (DFT) and TDDFT method. A ring of three hydrogen bonds is formed between phenol and two water molecules. We have demonstrated that the intermolecular hydrogen bond $O_1-H_2{cdots}O_3-H$ of the three hydrogen bonds is strengthened in $S_1$ and $T_1$ states. In contrast, the hydrogen bond $O_5-H_6{cdots}O_1-H$ is weakened in $S_1$ and $T_1$ states. These results are obtained by theoretically monitoring the changes of the bond lengths of the hydrogen bonds and hydrogen-bonding groups in different electronic states. The hydrogen bond $O_1-H_2{cdots}O_3-H$ strengthening in both the $S_1$ and $T_1$ states is confirmed by the calculated stretching vibrational mode of O-H (phenol) being red-shifted upon photoexcitation. The hydrogen bond strengthening and weakening behavior in electronically excited states may exist in other ring structures of phenol-$(H_2O)_n$.
