We present an analysis of the performances of a parameter free density functional model (PBE0) obtained combining the so called PBE generalized gradient functional with a predefined amount of exact exchange. The results obtained for structural, thermodynamic, kinetic and spectroscopic (magnetic, infrared and electronic) properties are satisfactory and not far from those delivered by the most reliable functionals including heavy parameterization. The way in which the functional is derived and the lack of empirical parameters fitted to specific properties make the PBE0 model a widely applicable method for both quantum chemistry and condensed matter physics.

1.
R. G. Parr and W. Yang, Density Functional Theory of Atoms and Molecules (Oxford University Press, New York, 1989).
2.
B. G.
Johnson
,
P. M. W.
Gill
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
98
,
5612
(
1993
).
3.
C. Adamo, A. di Matteo, and V. Barone, Adv. Quantum Chem. (in press).
4.
T.
Ziegler
,
Chem. Rev.
91
,
651
(
1991
).
5.
L. A.
Curtiss
,
K.
Raghavachari
,
P. C.
Redfern
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
106
,
1063
(
1997
).
6.
C. W.
Bauschlicher
and
H.
Partridge
,
J. Chem. Phys.
103
,
1788
(
1995
).
7.
A. M.
Mebel
,
K.
Morokuma
, and
M. C.
Lin
,
J. Chem. Phys.
103
,
7414
(
1995
).
8.
L. A.
Curtiss
,
K.
Raghavachari
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
98
,
1293
(
1993
).
9.
(a)
V.
Barone
and
C.
Adamo
,
J. Chem. Phys.
105
,
11007
(
1996
);
(b)
V.
Barone
and
R.
Arnaud
,
J. Chem. Phys.
106
,
8727
(
1997
).
10.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
Chem. Phys. Lett.
272
,
242
(
1997
).
11.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
84
,
4524
(
1986
).
12.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
85
,
7184
(
1986
).
13.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
33
,
8800
(
1986
).
14.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
15.
J. P. Perdew, in Proceedings of the 21st Annual International Symposium on the Electronic Structure of Solids, edited by P. Ziesche and H. Eschrig (Akademie-Verlage, Berlin, 1991).
16.
D. J.
Lacks
and
R. G.
Gordon
,
Phys. Rev. A
47
,
4681
(
1993
).
17.
G. J.
Laming
,
V.
Termath
, and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
99
,
8765
(
1993
).
18.
P. M. W.
Gill
and
J. A.
Pople
,
Phys. Rev. A
47
,
2383
(
1993
).
19.
A.
Lembarki
,
F.
Rogemond
, and
H.
Chermette
,
Phys. Rev. A
52
,
3704
(
1995
).
20.
P. M. W.
Gill
,
Mol. Phys.
89
,
433
(
1996
).
21.
R.
Neumann
,
R. H.
Nobes
, and
N. C.
Handy
,
Mol. Phys.
87
,
1
(
1996
).
22.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
);
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
1396
(
1997
) (E).
23.
T.
van Voorhis
and
G. E.
Scuseria
,
Mol. Phys.
92
,
601
(
1997
).
24.
R.
Neumann
and
N. C.
Handy
,
Chem. Phys. Lett.
266
,
16
(
1997
).
25.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
107
,
8554
(
1997
).
26.
M.
Filatov
and
W.
Thiel
,
Mol. Phys.
91
,
847
(
1997
).
27.
S.
Liu
and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. A
55
,
1791
(
1997
).
28.
R. D.
Adamson
,
P. M. W.
Gill
, and
J. A.
Pople
,
Chem. Phys. Lett.
284
,
6
(
1998
).
29.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
108
,
664
(
1998
).
30.
(a)
N. C.
Handy
and
D. J.
Trozer
,
J. Chem. Phys.
108
,
2545
(
1998
);
(b)
F. A.
Hamprecht
,
A. J.
Cohen
,
D. J.
Trozer
, and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
6264
(
1998
).
31.
H. L.
Schmider
and
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
108
,
9624
(
1998
).
32.
T.
van Voorhis
and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
109
,
400
(
1998
).
33.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
109
,
2092
(
1998
).
34.
L. A.
Curtiss
,
K.
Raghavachari
,
G. W.
Trucks
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
94
,
7221
(
1991
).
35.
K. Burke, J. P. Perdew, and Y. Wang, in Electronic Density Functional Theory: Recent Progress and New Derivations, edited by J. F. Dobson, G. Vignale and M. P. Das (Plenum, New York, 1997).
36.
E. H.
Lieb
and
S.
Oxford
,
Int. J. Quantum Chem.
19
,
427
(
1981
).
37.
M.
Levy
and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. A
32
,
2010
(
1985
).
38.
M.
Levy
and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. B
48
,
11638
(
1993
).
39.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
45
,
13244
(
1992
).
40.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
891
(
1998
).
41.
D. L.
Novikov
,
A. J.
Freeman
,
N. E.
Christensen
,
A.
Svane
, and
C. O.
Rodriguez
,
Phys. Rev. B
56
,
7206
(
1997
).
42.
Y.
Zhang
,
W.
Pan
, and
W.
Yang
,
J. Chem. Phys.
107
,
7921
(
1997
).
43.
D. C.
Patton
,
D. V.
Porezag
, and
M. R.
Pederson
,
Phys. Rev. B
55
,
7454
(
1997
).
44.
B.
Montanari
,
P.
Ballone
, and
R. O.
Jones
,
J. Chem. Phys.
108
,
6947
(
1998
).
45.
J. E.
Jaffe
,
Z.
Lin
, and
A. C.
Hess
,
Phys. Rev. B
57
,
11834
(
1998
).
46.
Y.
Zhang
and
W.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
890
(
1998
).
47.
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
101
,
6834
(
1994
).
48.
J.
Baker
,
J.
Andzelm
,
M.
Muir
, and
P. R.
Taylor
,
Chem. Phys. Lett.
237
,
53
(
1995
).
49.
O.
Gunnarson
and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. B
13
,
4274
(
1976
).
50.
Æ. Frisch and M. J. Frisch, Gaussian 98 User’s Reference (Gaussian, Inc., Pittsburgh, 1998).
51.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
52.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
1372
(
1993
).
53.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
104
,
1040
(
1996
).
54.
K.
Burke
,
M.
Ernzerhof
, and
J. P.
Perdew
,
Chem. Phys. Lett.
265
,
155
(
1997
).
55.
O.
Gritsenko
,
R.
van Leeuwen
, and
E. J.
Baerends
,
Int. J. Quantum Chem.
30
,
163
(
1997
).
56.
M.
Ernzerhof
,
Chem. Phys. Lett.
263
,
499
(
1996
).
57.
M. Ernzerhof, in Density Functionals: Theory and Applications, Lecture Notes in Physics, edited by D. P. Joubert (Springer-Verlag, Berlin, 1998), Vol. 500.
58.
J. P.
Perdew
,
M.
Ernzerhof
, and
K.
Burke
,
J. Chem. Phys.
105
,
9982
(
1996
).
59.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
Chem. Phys. Lett.
274
,
242
(
1997
).
60.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
J. Comput. Chem.
19
,
418
(
1998
).
61.
M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, V. G. Zakrzewski, J. A. Montgomery, Jr., R. E. Stratmann, J. C. Burant, S. Dapprich, J. M. Millam, A. D. Daniels, K. N. Kudin, M. C. Strain, O. Farkas, J. Tomasi, V. Barone, M. Cossi, R. Cammi, B. Mennucci, C. Pomelli, C. Adamo, S. Clifford, J. Ochterski, G. A. Petersson, P. Y. Ayala, Q. Cui, K. Morokuma, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. Cioslowski, J. V. Ortiz, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. Gomperts, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, C. Gonzalez, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, J. L. Andres, C. Gonzalez, M. Head-Gordon, E. S. Replogle, and J. A. Pople, GAUSSIAN 99 (Revision A.1) (Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 1998).
62.
J. A.
Pople
,
P. M. W.
Gill
, and
B. G.
Johnson
,
Chem. Phys. Lett.
199
,
557
(
1992
).
63.
B. G.
Johnson
,
P. M. W.
Gill
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
98
,
8765
(
1993
).
64.
R.
Krishnan
,
J. S.
Binkley
,
R.
Seeger
, and
J. A.
Pople
,
J. Chem. Phys.
72
,
650
(
1980
).
65.
L. A.
Curtiss
,
K.
Raghavachari
,
P. C.
Redfern
, and
J. A.
Pople
,
Chem. Phys. Lett.
270
,
419
(
1997
).
66.
M. J.
Frisch
,
J. A.
Pople
, and
J. S.
Binkley
,
J. Chem. Phys.
80
,
3265
(
1984
).
67.
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
,
6796
(
1992
).
68.
D. E.
Woon
and
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
98
,
1358
(
1993
).
69.
V. Barone, in Recent Advances in Density Functional Methods, Part I, edited by D. P. Chong (World Scientific, Singapore, 1996).
70.
N.
Rega
,
M.
Cossi
, and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
105
,
11060
(
1996
).
71.
N.
Rega
,
M.
Cossi
, and
V.
Barone
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
5723
(
1998
).
72.
C.
Adamo
,
R.
Subra
,
A.
di Matteo
, and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
109
,
10244
(
1998
).
73.
S. F.
Boys
and
F.
Bernardi
,
Mol. Phys.
19
,
553
(
1970
).
74.
K.
Wolinski
,
J. F.
Hinton
, and
P.
Pulay
,
J. Am. Chem. Soc.
112
,
8251
(
1990
).
75.
J. R.
Cheeseman
,
G. W.
Trucks
,
T. A.
Keith
, and
M. J.
Frisch
,
J. Chem. Phys.
104
,
5497
(
1998
).
76.
E. K. U.
Gross
and
W.
Kohn
,
Adv. Quantum Chem.
21
,
255
(
1990
).
77.
M. K.
Casida
,
C.
Jamorski
,
K. C.
Casida
, and
D. R.
Salahub
,
J. Chem. Phys.
108
,
4439
(
1998
).
78.
R. E. Stratmann, G. E. Scuseria, and M. J. Frisch, J. Chem. Phys. (in press).
79.
J. B.
Foresman
,
M.
Head-Gordon
,
J. A.
Pople
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
96
,
135
(
1992
).
80.
R.
Bauernschmitt
and
R.
Ahlrichs
,
Chem. Phys. Lett.
256
,
454
(
1996
).
81.
T. J.
Lee
,
C. W.
Baushlicher
,
C. E.
Dateo
, and
J. E.
Rice
,
Chem. Phys. Lett.
228
,
583
(
1994
).
82.
L. S.
Sunderlin
,
D.
Wang
, and
R. R.
Squires
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
2788
(
1992
).
83.
A. E.
Stevens
,
C. S.
Feigerle
, and
W. C.
Lineberger
,
J. Am. Chem. Soc.
104
,
5026
(
1982
).
84.
R. L.
DeKock
,
Inorg. Chem.
10
,
1205
(
1971
).
85.
M.
Blomberg
,
U.
Brandemark
,
J.
Johansson
,
P.
Siegbahn
, and
J.
Wennerberg
,
J. Chem. Phys.
88
,
4324
(
1988
).
86.
C.
Adamo
and
F.
Lelj
,
J. Chem. Phys.
103
,
10605
(
1995
).
87.
H.
Huber
,
E. P.
Kunding
,
M.
Moskovits
, and
G. A.
Ozin
,
J. Am. Chem. Soc.
97
,
2097
(
1975
).
88.
C. W.
Bauschlicher
,
J. Chem. Phys.
100
,
1215
(
1994
).
89.
V.
Barone
,
Chem. Phys. Lett.
233
,
129
(
1995
).
90.
R.
Fournier
,
J. Chem. Phys.
98
,
8041
(
1993
).
91.
M. A.
Blitz
,
S. A.
Mitchell
, and
P. A.
Hackett
,
J. Phys. Chem.
95
,
8719
(
1991
).
92.
M.
Dolg
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
235
,
67
(
1991
).
93.
G.
Lanza
and
I. L.
Fragalà
,
Chem. Phys. Lett.
255
,
341
(
1996
).
94.
C.
Adamo
and
P.
Maldivi
,
Chem. Phys. Lett.
268
,
61
(
1997
).
95.
L.
Joubert
,
G.
Picard
, and
J. J.
Legendre
,
Inorg. Chem.
37
,
1984
(
1998
).
96.
C.
Adamo
and
P.
Maldivi
,
J. Phys. Chem.
102
,
6812
(
1998
).
97.
S.
Hargitai
,
Coord. Chem. Rev.
91
,
35
(
1988
).
98.
C. E.
Myers
and
D. T.
Graves
,
J. Chem. Eng. Data
22
,
436
(
1977
).
99.
C. E.
Myers
,
Inorg. Chem.
14
,
199
(
1975
).
100.
T. R.
Cundari
and
W. J.
Stevens
,
J. Chem. Phys.
98
,
5555
(
1993
).
101.
W. J.
Stevens
,
M.
Krauss
,
H.
Basch
, and
P. G.
Jasien
,
Can. J. Chem.
70
,
288
(
1992
).
102.
J. M.
Pérez-Jordà
and
A. D.
Becke
,
Chem. Phys. Lett.
233
,
134
(
1995
).
103.
T. A.
Wesolowski
,
O.
Parisel
,
Y.
Ellinger
, and
J.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
101
,
7818
(
1997
).
104.
J. F.
Ogilvie
and
F. Y. H.
Wang
,
J. Mol. Struct.
273
,
277
(
1992
).
105.
G.
Chalashinski
and
M. M.
Szczesniak
,
Chem. Rev.
94
,
1723
(
1994
), and references therein.
106.
C. Adamo and V. Barone, in Recent Advances in Density Functional Methods, Part II, edited by D. P. Chong (World Scientific, Singapore 1998).
107.
L. A.
Curtiss
,
D. J.
Frurip
, and
M.
Blander
,
J. Chem. Phys.
71
,
2073
(
1979
).
108.
J. A.
Odutola
and
T. R.
Dyke
,
J. Chem. Phys.
72
,
5062
(
1980
).
109.
M. J.
Frisch
,
J. E.
Del Bene
,
J. S.
Binkley
, and
H. F.
Schaefer
, III
,
J. Chem. Phys.
84
,
2279
(
1986
).
110.
F.
Sim
,
A.
St-Amant
,
I.
Papai
, and
D. R.
Salahub
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
4391
(
1992
).
111.
C.
Mijoule
,
Z.
Latajka
, and
D.
Borgis
,
Chem. Phys. Lett.
244
,
432
(
1994
).
112.
V.
Barone
,
L.
Orlandini
, and
C.
Adamo
,
Chem. Phys. Lett.
231
,
295
(
1994
).
113.
D. C.
Dayton
,
K. W.
Jucks
, and
R. E.
Miller
,
J. Chem. Phys.
90
,
2631
(
1989
).
114.
A. S.
Pine
and
B.
Howard
,
J. Chem. Phys.
84
,
590
(
1986
).
115.
S. C.
Racine
and
E. R.
Davidson
,
J. Phys. Chem.
97
,
6367
(
1993
).
116.
G.
Chalasinski
and
M. M.
Szczesniak
,
Chem. Rev.
94
,
1723
(
1994
), and references therein.
117.
S. S. Shaik, H. B. Schlegel, and S. Wolfe, Theoretical Aspects of Physical Organic Chemistry. The SN2 Mechanism (Wiley, New York, 1992).
118.
T. N.
Truong
and
E. V.
Stefanovich
,
J. Phys. Chem.
99
,
14700
(
1995
).
119.
M. N.
Glukhovtsev
,
A.
Pross
, and
L.
Radom
,
J. Am. Chem. Soc.
117
,
2024
(
1995
).
120.
M. N.
Glukhovtsev
,
R. D.
Bach
,
A.
Pross
, and
L.
Radom
,
Chem. Phys. Lett.
260
,
558
(
1996
).
121.
J. W.
Larson
and
T. B.
McMahon
,
J. Am. Chem. Soc.
106
,
517
(
1984
).
122.
S. E.
Barlow
,
J. M.
van Doren
, and
V. M.
Bierbaum
,
J. Am. Chem. Soc.
116
,
10645
(
1994
).
123.
V.
Barone
,
L.
Orlandini
, and
C.
Adamo
,
Int. J. Quantum Chem.
56
,
697
(
1995
).
124.
C.
Mijoule
,
Z.
Latajka
, and
D.
Borgis
,
Chem. Phys. Lett.
244
,
432
(
1994
).
125.
R. V.
Stanton
and
K. K.
Merz
,
J. Chem. Phys.
101
,
6658
(
1994
).
126.
E. I.
Proynov
,
A.
Vela
, and
D. R.
Salahub
,
Int. J. Quantum Chem., Symp.
29
,
61
(
1995
).
127.
C. Adamo and V. Barone, in Ref. 106.
128.
V.
Barone
and
C.
Adamo
,
Int. J. Quantum Chem.
61
,
429
(
1997
).
129.
S. Sirois, E. I. Proynov, D. T. Nguyen, and D. R. Salahub, J. Chem. Phys. (in press).
130.
V.
Barone
,
C.
Minichino
,
A.
Grand
, and
R.
Subra
,
J. Chem. Phys.
99
,
6787
(
1993
).
131.
E.
Hirota
and
C.
Yamada
,
J. Mol. Spectrosc.
96
,
175
(
1985
).
132.
R. W.
Fessenden
and
R. H.
Sahuber
,
J. Chem. Phys.
39
,
2147
(
1963
).
133.
R. W.
Fesseden
,
J. Phys. Chem.
71
,
79
(
1967
).
134.
R. W.
Fesseden
and
R. H.
Schuler
,
J. Chem. Phys.
39
,
2147
(
1967
).
135.
H.
Sekino
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
82
,
4225
(
1985
).
136.
V.
Barone
,
Theor. Chim. Acta
91
,
113
(
1995
).
137.
V.
Barone
,
C.
Adamo
, and
N.
Russo
,
Chem. Phys. Lett.
212
,
5
(
1993
).
138.
V.
Barone
and
C.
Adamo
,
Chem. Phys. Lett.
224
,
432
(
1994
).
139.
V. G.
Malkin
,
O. L.
Malkina
,
M. E.
Casida
, and
D. R.
Salahub
,
J. Am. Chem. Soc.
116
,
5898
(
1994
).
140.
G.
Schreckenbach
and
T.
Ziegler
,
J. Phys. Chem.
99
,
606
(
1995
).
141.
A. M.
Lee
,
N. C.
Handy
, and
S. M.
Colwell
,
J. Chem. Phys.
103
,
10095
(
1995
).
142.
G.
Rauhut
,
S.
Puyear
,
K.
Wolinski
, and
P.
Pulay
,
J. Phys. Chem.
100
,
6130
(
1996
).
143.
M.
Kaupp
,
O. L.
Malkina
, and
V. G.
Malkin
,
J. Chem. Phys.
106
,
9201
(
1997
).
144.
M.
Bühl
,
Chem. Phys. Lett.
267
,
251
(
1997
).
145.
J.
Gauss
and
J. F.
Stanton
,
J. Chem. Phys.
104
,
2574
(
1996
).
146.
I. J.
Solomon
,
J. N.
Keith
,
A. J.
Kacmarek
, and
J. K.
Rancy
,
J. Am. Chem. Soc.
90
,
5408
(
1968
).
147.
A. K.
Jameson
and
C. J.
Jameson
,
Chem. Phys. Lett.
134
,
461
(
1987
).
148.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
Chem. Phys. Lett.
298
,
113
(
1998
).
149.
C.
Jamorski
,
M. E.
Casida
, and
D. R.
Salahub
,
J. Chem. Phys.
104
,
5134
(
1996
).
150.
M.
Petersilka
and
E. K. U.
Gross
,
Int. J. Quantum Chem., Symp.
30
,
181
(
1996
).
151.
T. H.
Dunning
and
V.
McKoy
,
J. Chem. Phys.
47
,
1735
(
1967
).
152.
J. B.
Foresman
,
H.
Head-Gordon
,
J. A.
Pople
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
96
,
135
(
1992
).
153.
M. Ernzerhof and G. E. Scuseria (private communication);
J. Chem. Phys. (submitted).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.