(ZnSe)_(12)在外电场下的基态性质和激发特性研究

以SBKJC为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0-0.030 a.u.)对(ZnSe)_(12)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、最小振动频率的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了(ZnSe)_(12)在外电场下的激发特性,并模拟了紫外-可见光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.030 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量、最小谐振频率和能隙一直减小.外电场对(ZnSe)_(12)的激发特性影响较大,随着电场的增加,紫外-可见光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度不为零的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得很强.可以通过改变外电场来改变(ZnSe)_(12)的基态性质,以及控制(ZnSe)_(12)的吸收和发光特性.     

(ZnSe)_(12)在外电场下的基态性质和激发特性研究

以SBKJC为基组,采用密度泛函PBE0方法研究了不同外电场(0-0.030 a.u.)对(ZnSe)_(12)的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、能隙、最小振动频率的影响;继而采用含时的TD-PBE0方法研究了(ZnSe)_(12)在外电场下的激发特性,并模拟了紫外-可见光谱.研究结果表明:外电场的加入导致分子对称性降低,当电场从0 a.u.变化到0.030 a.u.时,偶极矩逐渐增加,体系总能量、最小谐振频率和能隙一直减小.外电场对(ZnSe)_(12)的激发特性影响较大,随着电场的增加,紫外-可见光谱发生红移,同时对振子强度有很大影响,原来振子强度不为零的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变得很强.可以通过改变外电场来改变(ZnSe)_(12)的基态性质,以及控制(ZnSe)_(12)的吸收和发光特性.     

环形C_(18)在外电场下的基态性质和激发特性

采用密度泛函理论方法(ωB97XD/def2-TZVP)研究了沿不同方向(x,y,z)加电场对环形C_(18)的基态几何结构、能量、电子结构、芳香性、红外及拉曼光谱特性的影响;继而采用含时的TD-ωB97XD方法研究了C18在外电场下的激发特性.研究结果表明:外电场导致分子对称性降低,偶极矩随外电场的增加逐渐增加,体系总能量和LUMO-HOMO能隙随着外电场的增加一直减小.外电场将改变环上π电子的离域特征以及分子芳香性,如分子z方向加入电场将减弱π电子离域性及分子芳香性,分子x或y方向加入电场可以增强π电子离域性及分子芳香性.外电场将改变红外光谱特征,如谐振频率的移动以及红外峰的增强或减弱.外电场对环形C18的激发特性影响较大,如当分子y方向加电场时,激发波长发生红移;同时对振子强度有很大影响,原来振子强度很强的激发态变弱或成为禁阻跃迁,而原来振子强度很弱或禁阻的激发态变强.可以通过改变外电场来控制C18的基态性质和光谱特性,促进C18在分子器件等纳米领域的应用.     

外电场作用下N2O分子的结构与光谱特性

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311+g(d)基组水平上研究了不同外电场对直线型分子N₂O的基态结构、偶极矩、轨道能级、红外和拉曼光谱特性的影响,并采用杂化CIS方法研究了N₂O分子在外电场作用下前9个激发态的激发特性.结果表明:外电场导致分子键长变化,但并没有改变分子的直线特征,偶极矩和分子总能量随外电场的增加先减小后增大,而能隙随外电场的增加先增大后减小,外电场的增加使LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)组成由π~*轨道变为σ~*轨道,外电场使红外光谱发生移动,峰的强度增强或减弱.外电场的增加显著影响了N₂O分子的激发特性.激发能、激发波长受外电场影响发生了变化,同时,振子强度受外电场影响明显,禁阻跃迁变为可允许的跃迁,允许的跃迁在电场作用下变为禁阻跃迁或者跃迁变弱.紫外光谱在电场的作用下吸收峰发生了明显的移动,而且有新的吸收峰产生.     

ZnSe在外电场下的基态性质和激发特性研究

以LANL2DZ为基组, 采用Hartree-Fock(HF)方法研究了不同外电场(-0.025–0.040 a.u.)对ZnSe分子的基态几何结构、电荷分布、能量、电偶极矩、最高占据轨道(HOMO)能级、最低空轨道(LUMO)能级、能隙、红外光谱特性的影响; 继而采用含时的TD-HF方法研究了ZnSe分子在外电场下前9 个激发态的吸收谱、激发能、振子强度等激发特性. 研究结果表明: 当电场从-0.025 a.u.变化到0.04 a.u. 时, 键长先减小后增加; 分子偶极矩先由正减小到0, 然后又反向增加; 体系总能量一直减小; 谐振频率先增加后减小, 红外光谱强度先减小后又增加. ZnSe分子的LUMO能级一直增加, HOMO能级先增加后又减小, 变化趋势较小, 而能隙一直增大. 外电场对ZnSe分子的激发特性影响较大, 当电场从-0.025 a.u.变化到0.04 a.u.时, 激发能增加, 相应的激发波长减小; 对应的振子强度也受到很大影响, 原来振子强度最强的激发态变得很弱, 而原来振子强度很弱的激发态变得最强. 因此, 可以通过改变电场来控制ZnSe的激发特性.     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.     

外电场作用下CHCl_3分子的特性研究

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上,优化得到CHCl3分子在不同外电场下(-0.04~0.04a.u.)的基态稳定构型、偶极矩、HOMO能级、LUMO能级、能隙、电荷分布、谐振频率和红外光谱强度。结果表明,分子结构、电荷分布与外电场有着强烈的依赖关系,当电场由F=0.024 3a.u.变到F=0.024 4a.u.时,Cl原子由电正性向电负性转变;随着正向电场的增大,HOMO能级、LUMO能级和能隙都先增大后减小,分子偶极矩随正向外电场的增大先减小后增大,当F=0a.u.时能隙取最大值EG=7.238 19eV,当F=-0.02a.u.时偶极矩取最小值μ=0.086 7Debye,同时,外电场对CHCl3分子的激发能、振子强度和红外光谱的位置和强度均有一定影响。     

外电场下CdSe的基态性质和光谱特性研究

采用密度泛函(DFT)B3PW91方法在Lanl2dz基组下优化得到CdSe分子的基态稳定构型, 并研究了外电场对CdSe基态分子的总能量、HOMO能级、LUMO能级、能隙、电偶极矩μ、电荷布居、红外光谱的影响. 在相同的基组下用TD-DFT 方法计算了外电场下CdSe分子的前9个激发态的激发能、激发波长和振子强度. 结果表明: 无电场时CdSe分子的激发波长与实验结果符合较好, 相应的激发能也很接近. 随着电场增加, CdSe基态分子键长、偶极矩、红外谱强度先减小后增大; HOMO能级、LUMO能级、能隙随电场增加而减小; 总能量、谐振频率则是先增大后减小. 此外, 外电场对CdSe分子的激发能, 激发波长和振子强度均有较大影响.     

GaN在辐射场中的物理特性和光谱研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.025 a.u.)下氮化镓分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氮化镓分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱, 拉曼光谱, 紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 分子的结构的变化与电场大小呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, GaN分子键长不断减小, 电偶极距不断减小, 分子总能量不断增大, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现蓝移现象, 拉曼光谱出现蓝移现象。随着外电场的加强, 分子紫外-可见吸收光谱振子强度出现先减小后增大再减小的反复变化, 其波峰则出现红移现象。     

电场作用下CaS的分子结构和电子光谱

以6-311++G(d,p)为基组,采用密度泛函的B3LYP方法优化得到不同外电场(-0·03—0·045a.u.)下CaS分子的基态结构参数、电偶极矩μ、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级、能隙、红外光谱和谐振频率等.结果表明,随着正向电场的增加,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现出不对称性,基态键长和分子偶极矩μ先减小后增大,在F=0·02a.u.时,键长Re取最小值0·2289nm,电偶极矩取最小值1·5969D,HOMO能级和LUMO能级处于先增大后减小,能隙始终是减小的,占据轨道的电子容易激发到空轨道.外电场对CaS分子的激发能和振子强度有较大的影响,这为进一步研究它的电致发光机理提供了一定的理论基础.     

特殊构型Si_2N_2分子团簇电致激发特性的密度泛函理论研究

以在可见光区有吸收峰的Cs构型的Si2N2分子团簇为研究对象,利用密度泛函B3LYP方法,在aug-ccpVTZ基组水平下优化得到了处于不同外电场中的Si2N2分子团簇的稳定结构.分析发现:在不同的外电场中,Si2N2分子构型对称性没有发生改变,均为Cs对称性,且都有6种振动模式;随着外电场强度的逐渐增大,Si2N2分子振动频率较低的前三种振动模式的频率略有减小,而后三种振动模式的频率逐渐增加;随着外电场强度的逐渐增大,在一定电场范围内最高占据分子轨道与最低空分子轨道的能隙值出现振荡,之后能隙值随着外电场强度的增大而减小.在此基础上,采用含时密度泛函TD-B3LYP方法研究了外电场对Si2N2分子吸收谱的影响规律.计算得到的吸收谱范围在紫外-可见光区,这与实验值相符合.随着外电场强度的逐渐增大,在可见光区吸收谱发生红移,最大跃迁振子强度逐渐增大.结果表明,施加外电场有利于Si2N2分子在可见光区的吸收,也有利于操控分子特定激发态的电子状态,进而调节相应的跃迁光谱特性,可达到获得所需特定波长的要求.     

外电场作用下CF_3I分子结构特性及性质

CF_3I由于其良好的绝缘性能和较低的液化温度而作为SF_6替代性气体被广泛研究.本文采用量子化学从头计算法在3-21g基组下优化了CF_3I基态分子结构,得到了基态CF_3I分子的键长、分子前线轨道、Mulliken电荷布居数、红外光谱等.并且在此基础上采用杂化CIS/3-21g方法计算了分子的激发态,得到了分子的激发能、波长和振子强度.结果显示基态CF_3I分子在外电场作用下分子结构发生形变,分子能隙减小,分子活性变强;分子前9个激发态变化明显,随着外电场强度增加,第1、2、9激发能先增大后减小,第3、4、5、6、7与8激发能逐渐减小;第1、2、9激发波长先减小后增大,3、4、5、6、7与8激发波长逐渐增大;在0～0.009 a.u.外电场作用下,第1、2、4、5、6激发态振子强度为零,属于禁阻跃迁,第3、9激发态振子强度随着电场强度的增加而减小,第7、8激发态振子强度随着外电场强度的增加而增加.     

外电场作用下黄曲霉素B1的分子结构和光谱

利用密度泛函（DFT）理论,在B3LYP/6-311G基组水平上研究外电场（0~0.015 a.u.）作用下黄曲霉素B₁（Aflatoxin B₁,AFB₁）分子的总能量、偶极矩、键长、HOMO-LUMO能隙、红外光谱.在优化构型的基础上,利用含时密度泛函（TDDFT）方法研究紫外可见吸收光谱和激发态的变化.结果表明：在CO键方向上加电场,外电场逐渐增大时,AFB₁分子的总能量逐渐增大,偶极矩逐渐减小.电场对不同的键长影响不同.能隙随外电场逐渐增大而减小,红外光谱吸收峰出现红移或蓝移,紫外可见吸收光谱的两个吸收峰发生不同的移动,但总的谱线集中在近紫外光区.分子各个激发态的激发能在外电场逐渐增大时逐渐减小,表明分子结构越来越不稳定.     

外电场下二氧化硫的分子结构及其特性

以6-311++g(3d, p)为基组, 采用B3P86方法研究了不同外电场(-0.04-0.04 a.u.)对SO₂分子基态的几何参数、电荷分布、能量、电偶极距、最高占据轨道(HOMO)能级、最低占据轨道(LUMO)能级及能隙的影响, 在优化构型的基础上, 采用含时密度泛函(TD-B3P86)方法研究了SO₂分子在外电场作用下前9个激发态的激发能、跃迁波长和振子强度. 研究表明: SO₂的几何参数与电场强度大小及方向均有明显的依赖关系. 电场由-0.04 a.u. 变化至0.04 a.u.时, 体系的总能量先增加后减小; 偶极矩先减小后增加; HOMO能级一直减小; LUMO能级先增加后减小; 能隙先增加后减小. 激发态的激发能、跃迁波长和振子强度与电场关联均较为复杂, 说明SO₂的激发特性易受外电场影响.     

外场作用下蒽分子的激发特性研究

蒽(anthracene)具有良好的热稳定性以及较高的荧光量子产率的优点, 是最早用于研究有机发光器件(organic light-emitting device, OLED)的材料之一. 在本文中, 主要利用量子化学方法研究了不同外电场对蒽分子激发特性的影响规律. 首先采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在6-311G(d, p)基组水平上对蒽分子基态结构进行优化, 基于稳定基态结构, 利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)以及同一基组水平, 计算出蒽分子的前十个激发态的激发能、跃迁偶极矩、振子强度和紫外吸收光谱等数据. 然后以密度泛函B3P86方法优化出的不同外电场下蒽分子基态结构为基础, 使用TDDFT方法研究了不同外电场对蒽分子前线轨道能级和激发特性的影响规律. 结果显示, 无场时蒽分子在紫外区域234.50 nm处有一个较强的吸收峰, 对应基态电子跃迁至第5激发态吸收光子波长; 在外电场作用下, 蒽分子电子由基态跃迁到激发态的各项光谱参数均有显著变化, 加场后蒽分子的吸收光谱发生了红移, 由紫外波段移向了紫外–可见光波段, 与实验值相符合. 分子前线轨道的计算结果也表明蒽分子的最高占据轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能量差值在不同电场下存在差异. 关键词： 蒽 外电场 激发特性     

A role of solvent in vibrational energy relaxation of metalloporphyrins

The formation of a vibrationally excited photoproduct of metalloporphyrins upon (π, π*) excitation and its subsequent vibrational energy relaxation were monitored by picosecond time-resolved resonance Raman spectroscopy. Stokes Raman bands due to a photoproduct of nickel octaethylporphyrin (NiOEP) instantaneously appeared upon the photoexcitation. Their intensities decayed with a time constant of 300 ps, which indicates electronic relaxation from the (d, d) excited state (B_1g) to the ground state (A_1g), being consistent with the results of transient absorption measurements by Holten and coworkers. Anti-Stokes ν₄ and ν₇ bands for vibrationally excited (d, d) state of NiOEP decayed with time constants of 10 and 300 ps. The former is ascribed to vibrational relaxation, while the latter corresponds to the electronic relaxation from the (d, d) excited state to the electronic ground state. While the rise of anti-Stokes ν₄ intensity was instrument-limited, the rise of anti-Stokes ν₇ intensity was delayed by 2.6±0.5 ps, which indicates that intramolecular vibrational energy redistribution has not been completed in subpicosecond time regime. To study a mechanism of intermolecular energy transfer, solvent dependence of the time constants of anti-Stokes kinetics was investigated using various solvents. No significant solvent dependence of the rise and decay constants was observed for NiOEP. For an iron porphyrin, we observed two phases in intermolecular energy transfer. The fast phase was insensitive to solvent and the slow phase depended on solvents. A model of classical thermal diffusion qualitatively reproduced this behavior. For solute-solvent energy transfer process, low-frequency modes of proteins seem to be less important.     

基于密度泛函理论的C_(24)H_(38)O_4分子外场效应研究

各种环境毒物危害着人类的健康,塑化剂更是破坏了食品安全.为研究外电场对塑化剂主要成分之一C_(24)H_(38)O_4(邻苯二甲酸二辛酯,dioctyl phthalate,DOP)的影响,采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同静电场0—0.0125 a.u.(0—6.4278×10~9 V/m)作用下DOP分子的基态几何结构,在此基础上利用同样的方法计算了DOP分子的电偶极矩和分子总能量,最后利用含时密度泛函理论在同一基组下研究了不同外电场对DOP分子紫外-可见(UV-vis)吸收光谱产生的影响,并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明:分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加,而分子总能量随着外电场的增强先增加而后急剧减小;DOP分子激发态的振子强度随着外电场的增强而减小,UV-vis吸收峰显著红移.     

SiN分子外电场情况下的发光特性

为全面分析外电场对分子发光特性的影响, 本文采用密度泛函B3P86方法6-31g(d)基组, 对SiN分子进行了基态结构的优化, 进而使用含时密度泛函方法(time dependent density functional theory, TDDFT), 计算了不同方向及大小的外电场情况下SiN分子的吸收谱、激发能、振子强度、跃迁偶极矩. 通过比较发现外电场对该分子的激发能、吸收谱、跃迁振子强度及跃迁偶极矩影响都比较明显, 说明了电场对SiN分子的激发特性影响比较复杂, 特别是在加场前后分子均有在可见光区波段的吸收谱, 这对研究分子的发光很有意义.同时对该分子所发可见光谱的产生机理进行了分析, 并与已有实验结果进行比较.