尿嘧啶核苷酸阴离子液相中的过电子附着和电离

本文采用QM/MM方法研究液相尿嘧啶核苷酸阴离子的过电子附着和电离过程. 从分子动力学模拟的轨线抽取了40个采样结构,并计算了在这些采样点的垂直电子亲合势、绝热电子亲合势、垂直电子剥离能、垂直电离能和绝热电离能,分析了过电子附着和电离过程中的过电子及空穴分布. 模拟的垂直电子亲合势和绝热电子亲合势的平均值分别为-0.31 eV和2.13 eV,表明过电子很容易附着到尿嘧啶核苷酸阴离子上. 在尿嘧啶碱基上,垂直和绝热过电子分布的平均值分别为-0.50 eV和-0.62 eV,证明大多数的过电子局域在尿嘧啶碱基上. 双阴离子结构弛豫后,在几个抽样中发现过电子分布也可能会在碱基/糖环或者糖环/磷酸根上非局域化. 2.78 eV的垂直电子剥离能平均值表明,过电子附着后形成的尿嘧啶核苷酸双阴离子非常稳定. 液相尿嘧啶核苷酸阴离子的垂直电离能平均值为8.13 eV,与以前采用溶剂模型模拟的结果一致. 电离中,空穴主要分布在尿嘧啶碱基上,表明其最容易被电离. 在垂直电离中,几个抽样下的空穴会非局域分布在尿嘧啶碱基和糖环上. 绝热的空穴分布表明,在特定结构下,电离后的结构弛豫会导致磷酸根上电子和碱基上空穴转移到糖环上.     

强激光照射对2H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一原理赝势法, 计算了纤锌矿结构2H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性, 分析了其能带结构和电子态分布. 计算结果表明: 2H-SiC平衡晶格参数a 和c随电子温度T_e的升高逐渐增大; 电子温度在0–2.25 eV范围内时, 2H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体, 当T_e超过2.25 eV达到2.5 eV以上时, 2H-SiC变为直接带隙的半导体晶体; 随着电子温度升高, 导带底和价带顶向高能量或低能量方向发生了移动, 当电子温度T_e大于3.5 eV以后, 价带顶穿越费米能级; 电子温度T_e在0–2.0 eV变化时, 带隙随电子温度升高而增大; T_e在2.0–3.5 eV范围变化时, 带隙随电子温度升高而快速地减少, 表明2H-SiC晶体的金属性随电子温度T_e的继续升高而增强. 在T_e =0, 5.0 eV 处, 计算了2H-SiC晶体总的电子态密度和分波态密度. 电子结构表明T_e =0 eV 时, 2H-SiC 是一个带隙为2.3 eV的半导体; 在T_e =5.0 eV时, 带隙已经消失而呈现出金属特性, 表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强, 晶体经历了一个熔化过程, 过渡到金属状态.     

强激光照射对6H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势法, 模拟研究了纤锌矿6H-SiC晶体在强激光照射下电子特性的变化. 研究结果表明, 电子温度T_e在升高到3.89 eV及以上后, 6H-SiC由间接带隙的晶体变为直接带隙的晶体; 带隙值随电子温度T_e升高先是增大后又快速减小, 当电子温度T_e大于4.25 eV以后, 带隙已经消失而呈现出金属特性.     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.     

第一性原理计算Mo浓度对Mo掺杂BiVO4光催化性能的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了不同浓度的Mo掺杂BiVO₄的V位的电子结构、光学性质和光催化性能.缺陷形成能的计算结果说明BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系都是可以稳定存在的.电子结构计算结果表明：BiMo_xV_1-xO₄(x=0, 0.0625, 0.125, 0.25)四种体系的带隙分别为2.123 eV,2.142 eV,2.160 eV和2.213 eV.掺杂BiVO₄体系的带隙值均大于本征BiVO₄,且带隙随着Mo浓度的增加而增大. BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系的能带结构全部向低能量区域移动,导致掺杂体系导带底越过费米能级,Mo掺杂BiVO₄后具...     

C60富勒烯及其非经典衍生物:C58,C59和C62的第一性原理计算

利用密度泛涵理论对具有四元环、五元环、六元环、七元环、八元环和九元环等的C60富勒烯及其非经典衍生物:C62,C60,C59和C58共8个笼状分子进行了结构优化和电子结构计算,得到平衡构型下的结合能、HOMO-LUMO能隙、电离能、电子亲和能.对具有缺陷环的富勒烯,还研究了H2分子的贯穿行为,讨论了贯穿势垒与缺陷环尺寸的关系.     

应变和电场对Ga2SeTe/In2Se3异质结电子结构和光学性质的影响

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质. 4种异质结构型均为Ⅱ型能带结构的间接带隙半导体,光致电子的供体和受体材料由二维In₂Se₃的极化方向决定.光吸收度在可见光区域高达25%,有利于太阳可见光的有效利用.双轴应变可诱导直接-间接带隙转变,外加电场能有效调控异质结构带隙,使AA2叠加构型的带隙从0.195 eV单调增大到0.714 eV,AB2叠加构型的带隙从0.859 eV单调减小到0.058 eV,两种调控作用下异质结的能带始终保持Ⅱ型结构.压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力.这些研究结果揭示了Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结电子结构的调控机理,为新型光电器件的设计提供理论指导.     

C60分子电子性质的理论研究

根据C₆₀分子的结构特征,构造了电子的局域波函数,在该函数表象下计算了电子格点之间的跳跃能量.对不等性sp³杂化,通过优化计算,当有效核电荷数Z=1.112时,得到的能隙(最低未占据轨道(LUMO)与最高占据轨道(HOMO)之间的能量差)、能带宽度以及电离能阈值分别为1.70eV,12.19eV和8.13eV.这与实验结果符合得较好.与之相应的电子跳跃能量是：最近邻分别为-2.299eV,-2.113eV;次近邻分别为0.103eV,0.170eV;三近邻分别为 关键词：     

羧酸型聚芴/二氧化钛杂化材料的制备及其荧光猝灭行为

通过Suzuki偶合反应合成了聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(丙酸基)芴](PF8COOH),并采用溶胶-凝胶法制备了羧酸型聚芴/二氧化钛(TiO₂)杂化材料。通过核磁共振氢谱(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)和荧光发射光谱对聚合物及其杂化材料进行了表征,并研究了杂化材料的荧光猝灭行为。结果表明,所合成的PF8COOH数均分子量为19 600,PF8COOH的紫外-可见吸收和荧光发射光谱较聚(9,9-二辛基芴)(PF8)均发生红移。通过溶胶-凝胶法制得了PF8COOH/TiO₂杂化材料,其中TiO₂主要为金红石型。杂化材料出现明显的荧光猝灭现象,TiO₂含量越大则杂化材料的荧光猝灭现象越明显。羧基的引入可使聚芴与TiO₂之间的相互作用增强,电子更容易从聚芴向TiO₂转移,因而PF8COOH/TiO₂杂化材料的荧光猝灭现象比PF8/TiO₂杂化材料更明显。     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变，且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象，表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明，0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体，而压强增加到150 GPa时，带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时，晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体，这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析，再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

Ab initio study of the electronic structures and conduction properties of some novel low band-gap donor-acceptor polymers

The results of the electronic structures and conduction properties of four novel donor-acceptor polymers based on polysilole, obtained on the basis of ab initio Hartree-Fock crystal orbital method using their optimized geometries, are reported. The repeat unit of these polymers consists of bicyclopentadisilole unit bridged by an electron-accepting group Y(Y=CCH₂ in PSICH, CO in PSICF, CCF₂ and CC(CN)₂ in PSICN). All the polymers on the basis of their geometries and π-bond order values are found to have benzenoid-type electronic structures. Comparison of the important electronic properties such as ionization potential, electron affinity and band-gap of these polymers indicates PSICN to be the best candidate for intrinsic conductivity and reductive (n-) doping while PSICH is predicted to be the best candidate for oxidative (p-) doping. All these polymers are estimated to have band-gap values ranging between 1 and 2 eV. The low band-gap values of these polymers are rationalised on the basis of the patterns of their frontier orbitals.     

翠绿亚胺聚合物高压下芳环扭角和能隙的缩减

利用改进的Ginder-Epstein模型计算了翠绿亚胺聚合物在参数V4,0取值于1.8～35.8 eV的自洽变分基态,并通过芳环扭角的变化来估算聚合物压强,给出了V4,0,芳环扭角及能隙与理论压强之间的最小二乘拟合.结果表明随此参数的增大,芳环扭角和能隙都缩减而理论压强升高.当理论压强由零压增至3.0 GPa左右时,能隙先快后慢从2.0 eV减小至最小值0.87 eV.这理论与该聚合物的高压电导测试结果一致.     

翠绿亚胺聚合物高压下芳环扭角和能隙的缩减

利用改进的Ginder-Epstein模型计算了翠绿亚胺聚合物在参数V4,0取值于1.8—35.8 eV的自洽变分基态，并通过芳环扭角的变化来估算聚合物压强，给出了V4,0，芳环扭角及能隙与理论压强之间的最小二乘拟合。结果表明随此参数的增大，芳环扭角和能隙都缩减而理论压强升高。当理论压强由零压增至3.0 GPa左右时，能隙先快后慢从2.0eV减小至最小值0.87eV。这理论与该聚合物的高压电导测试结果一致。     

Coulomb potential influence in the attoclock experimental scheme

Coulomb potential may induce a significant angular offset to the two-dimensional photoelectron momentum distributions for atoms subject to strong elliptically polarized laser fields.In the attoclock experiment,this offset usually cannot be easily disentangled from the contribution of tunneling delay and poses a main obstacle to the precise measurement of tunneling delay.Based on semiclassical calculations,here,we propose a method to extract the equivalent temporal offset induced solely by Coulomb potential(TOCP)in an attoclock experiment.Our calculations indicate that,at constant laser intensity,the TOCP shows distinctive wavelength dependence laws for different model atoms,and the ratio of the target atom’s TOCP to that of H becomes insensitive to wavelength and linearly proportional to(2Ip)?3/2,where Ip is the ionization potential of the target atom.This wavelength and Ip dependence of TOCP can be further applied to extract the Coulomb potential influence.Our work paves the way for an accurate measurement of the tunneling delay in the tunneling ionization of atoms subject to intense elliptically polarized laser fields.     

Studies of Luminescence Performance on Carbazole Donor and Quinoline Acceptor Based Conjugated Polymer

We report on the synthesis of conjugated polymer (CV-QP) containing carbazole (donor) and quinoline (acceptor) using Wittig methodology. The structural, optical and thermal properties of the polymer were investigated by FT-IR, NMR, GPC, UV, PL, cyclic voltammetry, atomic force microscopy (AFM) and thermogravimetric analysis (TGA). The polymer exhibits thermal stability upto 200 °C and shows good solubility in common organic solvents. The polymer has optical absorption band in a thin film at 360 nm and emission band formed at 473 nm. The optical energy band gap was found to be 2.69 eV as calculated from the onset absorption edge. Fluorescence quenching of the polymer CV-QP was found by using DMA (electron donor) and DMTP (electron acceptor). AFM image indicated that triangular shaped particles were observed and the particle size was found as 1.1 μm. The electrochemical studies of CV-QP reveal that, the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels of the CV-QP are 6.35 and 3.70 eV, which indicated that the polymers are expected to provide charge transporting properties for the development of polymer light-emitting diodes (PLEDs).     

Ionization energy of acetone by vacuum ultraviolet mass-analyzed threshold ionization spectrometry

Mass-analyzed threshold ionization (MATI) time-of-flight mass spectrometer using coherent vacuum ultraviolet (VUV) laser generated by four-wave difference frequency mixing (FWDFM) in Kr has been constructed and utilized to obtain the accurate ionization energy of acetone. From the MATI onsets measured from various applied pulsed fields, the ionization energy to the ionic ground state of acetone has been determined to be 9.7074 ± 0.0019 eV.     

纳米团簇B92的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了一种新颖的准球形纳米团簇B92.经过结构优化和频率分析,这一准球形笼状团簇的直径为0.968 nm,其结构满足Eoustani提出的"Aufbau principle".团簇B92的平均结合能、能隙(HOMO-LUMO gap)、垂直电离势(VIP)及垂直电子亲和势(VEA)分别为5.28 eV,1.19 eV,5.47eV及2.45 eV.计算所得到的红外谱(IR)上有一个明显的峰在895 Cm-1处.此谱将有助于从实验上确定本文所提出的团簇B92的结构,团簇B92的电荷分布表明,其有望成为未来纳米电子学中的一种电容器,另外,作为比较,本文也给出了其他一些笼状硼团簇的性质.     

新型联苯胺基窄带隙共轭聚合物的光学及电化学性能研究

随着化石燃料的日益枯竭,人类社会对能源的需求在不断增长。为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率,开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、功率密度、循环性能不高的挑战,需进行结构改性提高电导率、改善界面性质。鉴于共轭高分子的电子结构、光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定,对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率,进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率,设计合成了结构简单,有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。采用核磁共振氢谱、红外光谱,X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征,通过紫外光谱、紫外可见漫反射、循环伏安、计时电位、交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。结果表明,成功制得具有预期结构的共轭聚合物,所得聚合物结晶性较佳,光学带隙Eopt_g为1.85 eV,HOMO及LUMO能级分别为-5.44和-3.59 eV,前者高于,后者则低于大部分文献值,呈现可同时促进p-型和n-型掺杂的结构特性,具备增强材料容纳电荷能力的性能优势。聚合物储能特性受化学结构、晶体结构及微观形貌综合影响。改善材料微观结构特性有助于提升其电子电导率,但层状致密块体形貌特征又使其离子电导率受限。电化学性能测试结果显示,聚合物具有一定电化学活性,具有较小的电荷转移阻抗,具备基本满足使离子顺利扩散的条件,0.05 A·g-1时的放电比电容达256.6 F·g-1。研究结果表明,制得的联苯胺基窄带隙共轭聚合物在光电转换、储能及微型电子器件中有广阔的应用前景。