一氧化硅电致激发光谱理论研究

采用含时密度泛函（Time-dependent density functional theory）TDDFT/6-311++g（d,p）方法研究了一氧化硅分子能量最低的10个单重激发态的激发波长和跃迁振子强度等激发光谱参数.同时利用原子与分子物理相关理论分析了外电场对一氧化硅分子激发光谱的影响规律.得到的结论是,随外电场强度增强,一氧化硅分子激发态跃迁光谱向可见光区域发生红移,该结果为通过外电场调制材料发光特性提供了理论支持.     

Ab initio方法研究~(40)Ca~(35)Cl分子的自旋轨道耦合效应和跃迁性质

本文研究了~(40)Ca~(35)Cl分子低态的自旋轨道耦合分裂以及获得更精确的光谱常数和更高的激发态.以从头算理论为基础,使用多参考组态相互作用方法获得了该分子的势能曲线和自旋轨道分裂,之后求解径向一维薛定谔方程获得光谱常数.得到了~(40)Ca~(35)Cl分子7个Λ-S低电子态的势能曲线和永久偶极矩,以及A~2Π→~2Σ~+,1~2Δ和C~2Π→~2Σ~+,1~2Δ跃迁的跃迁偶极矩,得到的光谱常数(不管是考虑了自旋轨道耦合(SOC)还是没有考虑SOC)与实验值非常符合,且要好于之前的理论计算结果 .值得注意的是,目前的计算还首次得到了C~2Π→~2Σ+,1~2Δ跃迁的跃迁性质,为之后实验观察~(40)Ca~(35)Cl分子的高激发态光谱和跃迁性质提供有益的理论参考.     

4氢-吡喃-4-硫酮1(n-π*),1Ag-(π→π*)和1Bu+(π→π*)等的激发态特征

理论上4氢-吡喃-4-硫酮的激发态特征用量子化学方法以及二维实空间分析法和三维立体实空间分析法加以研究.理论上的结果揭示1(n→π*)和1Ag-(π→π*)激发态是分子内电荷转移(ICT)激发态,而1Bu (π→π*)激发态是离域激发态.它们的跃迁偶极矩的强度和方向用三维密度跃迁(TD)加以解释,用三维电荷密度差(CDD)观察分子间电荷转移(ICT)的激发态特征或局部激发态特征.用二维实空间分析法研究电子.空穴相关性,离域化和激子的尺寸.     

采用密度泛函理论研究二甲基胺-二苯甲酮的分子内电荷转移激发态氢键

利用(含时)密度泛函理论研究了二甲基胺-二苯甲酮(DMABP)及其氢键二聚物DMABP-MeOH的光物理性质和弛豫动力学过程. 结果表明,在非极性和非质子性溶剂中,DMABP分子的第一和第二激发态跃迁同时具有局域激发和分子内电荷转移的特征;在极性质子性溶剂中,分子间氢键C=O…H-O的形成增加了这两个最低激发态之间的能量差,使DMABP-MeOH的第一激发态具有较强极性的分子内电荷转移特性. 通过计算DMABP和DMABP-MeOH分子的激发态构型弛豫势能曲线研究了激发态动力学弛豫过程. 结果表明,通过扭     

尼古丁分子的能级结构和光谱计算

研究尼古丁分子的能级结构与光谱特征,对更好地了解尼古丁分子的毒性和药性有理论指导作用.基于密度泛函理论(DFT),本文利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G(d,p)基组水平上对尼古丁分子进行结构优化,再采用含时密度泛函理论(TD-DFT)在乙醇溶剂中计算尼古丁分子的15个激发态.使用Multiwfn波谱分析软件对分子前线轨道进行计算,并绘制出分子的红外谱图和紫外谱图.通过前线轨道分析可知,尼古丁分子的亲核位点是吡啶环上的C3和N6、亲电位点是吡咯环上的N22.吡啶环上的C-H、N-H键面内伸缩振动峰主要集中在3049～3079 cm~(-1),吡咯环上的甲基、亚甲基的伸缩振动峰主要集中在2796～3005 cm~(-1),其中在2816 cm~(-1)处甲基上C-H键振动峰最为明显,占比43.3%;吡咯环与吡啶环的摆动峰主要集中在1027～1455 cm~(-1),吡啶环的面内振动峰主要集中在1008～1027 cm~(-1),在800 cm~(-1)以下吸收峰都为吡啶环的面外摆动峰.紫外光谱的最大吸收峰位于173.46571 nm处,主要是由基态S0跃迁到激发态S5、S6、S10、S11、S12、S13、S14形成的,其中基态S0跃迁到激发态S11的贡献最大,其余激发态跃迁振子强度小于0.03,为禁阻跃迁.     

含芴酮的低聚物的激发态特征研究

采用量子化学计算方法和跃迁密度及电荷差分密度分析方法对含芴酮的低聚物激发态性质进行理论研究。计算得到的跃迁能和振子强度与实验数据一致。跃迁密度分析显示跃迁偶极矩的大小和方向,电荷差分密度分析揭示了分子间电荷转移的方向和结果。研究表明含芴酮的低聚物在光诱导下产生的第一激发态为分子内电荷转移激发态,而第五激发态为局域激发态。跃迁密度矩阵分析和电荷差分密度的理论分析结果易于理解含芴酮低聚物的激发态特性。     

含芴酮的低聚物的激发态特征研究

采用量子化学计算方法和跃迁密度及电荷差分密度分析方法对含芴酮的低聚物激发态性质进行理论研究。计算得到的跃迁能和振子强度与实验数据一致。跃迁密度分析显示跃迁偶极矩的大小和方向,电荷差分密度分析揭示了分子间电荷转移的方向和结果。研究表明含芴酮的低聚物在光诱导下产生的第一激发态为分子内电荷转移激发态,而第五激发态为局域激发态。跃迁密度矩阵分析和电荷差分密度的理论分析结果易于理解含芴酮低聚物的激发态特性。     

精确研究NbN分子d~1∑~+—b~1∑~+电子态跃迁的P线系发射光谱

本文利用最近建立的能精确求解双原子分子P线系发射光谱的物理新公式,研究了NbN分子从电子态d~1∑~+向b~1∑~+电子态跃迁中(1,1)跃迁带的P支发射光谱.获得的计算结果不仅很好地重现了已知低转动态的实验谱线数据,同时也预言了该跃迁带包含转动量子数J=80在内的高振转激发态的精确P线系发射光谱.该方法在理论上为实验技术难以精确测量的双原子分子体系提供了一种获得精确的高激发态谱线数据的物理新方法.从而可以为那些需要NbN分子高激发态跃迁谱线的研究工作提供必要的数据.     

掺钕聚甲基丙烯酸甲酯的光学特性

研究了制备的掺钕螯合物Nd(DBM)3Phen材料的吸收光谱、激发光谱、荧光光谱,应用Judd-Ofelt理论计算了该材料的强度参量．分析了钕离子激发态4F3／2的辐射寿命(631 μs)和4F3／2→4IJ′跃迁的受激发射截面和荧光分支比．     

外电场作用下C_6F_(12)O分子的结构和激发态

采用明尼苏达密度泛函(M06-2X)在6-31G(d)的基组水平上对C_6F_(12)O分子在不同外电场强度(0.000a.u.～0.040a.u.)下进行了计算。分析了不同外电场下基态的分子结构、原子电荷布居、偶极矩、分子总能量。然后利用TD-DFT方法研究了各电场下C_6F_(12)O分子的激发态激发能、波长、振子强度和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)。结果表明分子的基态和激发态性质与外电场呈依赖关系。随着外电场的增强,分子总能量逐渐减小,偶极矩增大。分子的激发态能总体上减小,C_6F_(12)O分子变得容易激发。C_6F_(12)O分子由基态跃迁到激发态光子吸收波长总体增大,且主要集中在紫外区域。激发态的振子强度部分增加部分减少,变化复杂。UV-vis光谱随着外电场的增加,在无外电场时曲线上132 nm和162 nm出现的2处吸收峰均发生红移。     

外电场作用下SF_6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF_6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF_6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况.结果表明:X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂.     

外电场作用下SF6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况。结果表明：X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂。     

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.     

外电场下二氧化锆的分子结构及其特性

对O原子采用6-311++G*基组,Zr原子采用aug-cc-pVTZ-PP基组,利用密度泛函(B3P86)方法优化得到了ZrO2分子的稳定构型,并研究了不同外电场(0—0.025 a.u.)作用下ZrO2基态分子键长、能量、电荷分布、偶极矩和能级的变化规律.在优化构型的基础上,利用含时密度泛函(TD-B3P86)方法研究了ZrO2分子在外电场作用下前6个激发态的激发能、跃迁波长和振子强度的激发特性.研究结果表明:随着电场强度的增大,Zr—2O的键长增大,而Zr—3O的键长均匀减少,总能量降低,偶极矩增大;最高占据轨道能量基本保持不变,最低未占据轨道和能隙均减小.电场的增大使得激发能减小,各个激发态跃迁波长均发生不同程度的红移现象,因而,利用外电场可以控制ZrO2的发光光谱范围在可见-红外区域扩展.     

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.     

外电场下TCNQ的激发与光谱性质研究

采用密度泛函B3PLY方法优化了不同外电场下TCNQ分子的基态稳定构型、电偶极矩和分子的总能量，并且分析了TCNQ分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化。然后利用杂化CIS-DFT方法在同样的基组下计算了外电场下TCNQ分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度，结果表明在没有外电场的情况下，TCNQ分子只有一个激发态能够激发，从基态跃迁到第1激发态。在有外电场的作用下，总能量随外电场的增加而逐渐减少，偶极矩随外电场的增加而不断增加。其前线轨道的能量也随外电场的增加不断减少，轨道分布也受外电场很大的影响。另外，外电场对TCNQ分子的激发波长也产生了一定影响。     

外电场下TCNQ的激发与光谱性质研究

采用密度泛函B3PLY方法优化了不同外电场下TCNQ分子的基态稳定构型、电偶极矩和分子的总能量,并且分析了TCNQ分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化。然后利用杂化CIS-DFT方法在同样的基组下计算了外电场下TCNQ分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度,结果表明在没有外电场的情况下,TCNQ分子只有一个激发态能够激发,从基态跃迁到第1激发态。在有外电场的作用下,总能量随外电场的增加而逐渐减少,偶极矩随外电场的增加而不断增加。其前线轨道的能量也随外电场的增加不断减少,轨道分布也受外电场很大的影响。另外,外电场对TCNQ分子的激发波长也产生了一定影响。     

外电场下2,2’,5,5’-四氯联苯的分子结构与电子光谱

多氯联苯(PCBs)是难降解有机污染物, 2, 2’, 5, 5’-四氯联苯(PCB52)是PCBs的一种, 研究通过对PCB52分子加外电场的方法来降解该物质. 采用密度泛函B3LYP方法在6-311+g(d)基组水平上优化并计算了不同外电场(-0.04–0.04 a.u.)作用下PCB52的基态分子结构参数、分子总能量、电偶极矩和电荷分布. 然后利用含时密度泛函方法研究了PCB52分子在外电场下的前六个激发态的波长、激发能量和振子强度的影响. 结果表明: 随着外电场的增加, 1C–21Cl和14C–20Cl键的键长增大; PCB52的两个苯环在外加电场下, 二面角增大, 分子毒性减弱; PCB52分子能隙减小, 导致分子更容易受激发而跃迁到激发态发生还原脱氯反应. 外电场的增大, 激发态的激发能在迅速减小, 吸收波长也迅速红移, 振子强度不再为零. 表明电场作用下, 分子易于激发和解离. 关键词： 2,2’,5,5’-四氯联苯 电场 基态 激发特性     

基于密度泛函理论的对二甲苯分子电子光谱的外场效应研究

对二甲苯（PX）是化工领域一种非常重要的原料,被广泛地用于香料、医药、油墨和农药等的生产,因此研究PX分子的电子光谱和外场效应,对于它的检测和降解具有十分重要的意义。为研究外电场作用下,PX分子的紫外-可见（UV-Vis）光谱的变化,采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上,优化了不同外电场（0～0.025 a.u.,0～1.285 6×1010 V·m-1）作用下PX分子的基态几何构型,在此基础上利用含时密度泛函理论（TDDFT）计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱,最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：有波长为189 nm、摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰,处于E₁带,它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的;与苯分子相比,吸收峰出现11 nm的红移：由于两个甲基和苯环形成p-π共轭,苯环的大π键变弱,故PX分子的紫外吸收峰出现红移;当增加了外电场后,最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁需要的能量降低,电子跃迁产生的波长增大,吸收峰出现显著红移,当外电场增大到0.020 a.u.时,红移已经非常明显;外电场的引入,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁的电子数减少,摩尔吸收系数降低,随着外电场的增强,摩尔吸收系数降低明显,尤其在外电场增强到0.020a.u.后,摩尔吸收系数降低非常显著。这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据,也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。