Sin（n≤30）团簇光谱和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对Sin（5≤n≤30）团簇的吸收光谱,能隙（HOMO-LUMO）及电子性质进行了模拟分析。硅团簇的吸收光谱计算采用含时密度泛函理论的ALDA内核。结果表明,随着Sin（5≤n≤30）团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应。团簇Sin（5≤n≤30）的吸收峰主要集中在红外光区。团簇的吸收峰主要受团簇的原子个数和电子结构影响。     

Fe,Ni掺杂CdS的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理研究了Fe,Ni单掺杂和（Fe,Ni）共掺杂CdS的能带结构、电子态密度分布、介电常数和光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构和光学性质的变化.计算结果表明:掺杂体系的CdS晶格常量均减少,能带宽度减小,介电函数虚部ε₂（ω）都在0.53 eV左右出现了一个新峰,吸收光谱发生明显的红移,它们均在1.35 eV处出现较强吸收峰.     

锐钛矿TiO2及其掺Fe所导致的红移现象研究：赝势计算和紫外光谱实验

采用平面波超软赝势方法研究了锐钛矿型TiO2及Fe掺杂TiO2的晶体结构和能带结构，计算表明Fe掺杂导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄，从而导致吸收光谱红移.研究发现，t2g态在红移现象中起了重要作用.紫外透射光谱实验证实了TiO2掺Fe后吸收光谱红移和禁带变窄的理论预言. 关键词： 密度泛函理论 TiO2 Fe掺杂 红移     

新型含氧亚甲基和亚胺桥键液晶化合物分子结构与光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G*水平上对6个新型含氧亚甲基和亚胺桥键液晶化合物分子的几何结构进行优化计算,讨论了取代基H,CH3,CH3O,C2H5O,NO2,Cl对分子电荷、前线轨道能量和电子吸收光谱等性质的影响.在此基础上使用含时密度泛函理论方法计算了分子第一激发态的电子垂直跃迁能,得到最大吸收波长λmax.计算表明,取代基的引入导致最大吸收波长红移.     

Si_n(n≤30)团簇光谱与电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对Sin(5≤n≤30)团簇的吸收光谱,能隙(HOMO-LUMO)及电子性质进行了模拟分析.硅团簇的吸收光谱计算采用含时密度泛函理论的ALDA内核.结果表明,随着Sin(5≤n≤30)团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应.团簇Sin(5≤n≤30)的吸收峰主要集中在红外光区.团簇的吸收峰主要受团簇的原子个数和电子结构影响.     

顺式与反式偶氮苯衍生物分子非线性光学性质理论研究

利用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G(d,p)方法优化了一系列顺式与反式偶氮苯衍生物分子,在此基础上结合有限场(FF)方法和密度泛函理论对分子非线性光学(NLO)性质及电子光谱进行了计算分析,结果表明:顺式与反式结构的变化对其偶极矩、分子内电荷分布与转移以及前线轨道跃迁都造成影响,从而影响分子的第一超极化率.同时相对于顺式偶氮苯衍生物分子,反式分子具有较大的二阶非线性光学系数.     

第一性原理计算N掺杂对InNbO4电子结构的影响

宽带隙（3.83 eV）半导体光催化材料InNbO4在紫外光作用下具有分解水和降解有机物的性能。最近实验发现了N掺杂InNbO4具有可见光下分解水制氢的活性。为了从理论上解释这一实验现象，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂对InNbO4的能带结构、态密度和光学性质的影响。分析能带结构可得，N掺杂后在InNbO4的价带（O 2p）上方形成N 2p局域能级，导致电子跃迁所需的能量减小。吸收光谱表明，N掺杂后InNbO4的光吸收边出现了红移，实现了可见光吸收。     

苋菜红分子基态和激发态结构与光谱性质的量子化学研究

应用英国Edinburgh FLS920P光谱仪对苋菜红的吸收光谱和荧光光谱进行了实验检测．同时,分别采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）对苋菜红分子的基态和激发态构型进行优化,经振动分析合理后,比较这两种能态下分子结构的差异,并对其前线分子轨道和发光机制进行了分析．在此基础上,选用6种泛函并结合溶剂化模型（PCM）在6-311++G(d, p)水平上分别计算苋菜红的吸收光谱和荧光光谱．计算结果表明：苋菜红含有分子内氢键,基态结构非平面,两个萘环所在平面有一定的夹角,激发态时两个萘环共平面;CAM-B3LYP泛函得到光谱的理论值与实验结果基本吻合;421 nm处的荧光峰值波长对应的轨道跃迁为LUMO→HOMO-1．     

CdnOn（1≤n≤16）团簇光谱与电子性质的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论对CdnOn（1≤n≤16）团簇的吸收光谱,能隙（HOMO-LUMO）及电子性质进行了模拟分析. 结果表明,当n≤3时,团簇的最低能量结构为平面结构,当4≤n≤16时,团簇的最低能量结构为三维笼状结构. 随着CdnOn（1≤n≤16）团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应. 团簇CdnOn（3≤n≤15）的吸收峰主要集中在可见光区. 团簇的对称性越高,团簇的吸收峰越集中.     

黄曲霉素B1及异构体的前线轨道与拉曼光谱研究

采用B3LYP混合泛函和6-311+g(d, p)基组,利用DFT密度泛函理论优化得到了黄曲霉素Aflatoxin B1(cis)(AFB1(cis))及其反式异构体分子AFB1(trans)的稳定结构, 通过单点能计算和几何结构分析,其顺式结构比反式结构更加稳定;计算了两种分子的Raman光谱,并与AFB1(c)粉末的实验Raman光谱进行比较,吻合较好。把最强的三个峰1 582,3 065和1 626 cm-1指认为顺式结构的特征峰,把1 616,3 065和1 659 cm-1指认为反式结构的特征峰;在优化计算的基础上采用Hirshfeld原子划分方法结合Multiwfn软件分析了前线轨道成分,两种分子的亲电能力明显强于其亲核能力,通过计算C1原子在LUMO轨道中的占据权重分别为21.48%和20.62%,预测出C1原子是这两种顺反异构分子夺走DNA中的电子致癌的最主要位点。结果对该类顺反异构分子的检测、转化以及毒性抑制方面具有一定的理论指导意义。     

三碘甲状腺素团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

我们利用密度泛函理论(DFT)，在B3LYP/Lan12mb基组水平上，得到了三碘甲状腺素团簇的几何和电子结构.在此基础上，利用含时密度泛函理论(TDDFT)，使用相同的基组和采用极化连续介质模型(PCM)，对其溶剂效应下的吸收光谱进行研究．研究结果表明，优化所得三碘甲状腺素团簇的对称性为C₁;在基态稳定结构基础上，研究了该分子的红外和拉曼分子振动谱特性，同时研究了其输运性质，即三碘甲状腺素团簇为p型输运材料;通过含时密度泛函理论，在优化好的基态结构基础上，又计算了它的溶剂效应，进一步得出该分子在水溶剂中的吸收光谱特性.     

四碘甲状腺素团簇结构与光谱性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/Lanl2mb基组水平上,利用密度泛函理论(DFT)优化了四碘甲状腺素团簇的几何结构.基于该团簇的几何结构下,其吸收和发射光谱的研究使用相同的基组水平并采用极化连续介质模型(PCM)下用含时密度泛函理论(TDDFT).研究结果表明,优化所得甲状腺素团簇的几何结构对称性为C_1;在基态稳定结构基础上,得出其输运性质,即甲状腺素团簇为p型输运材料;通过含时密度泛函理论,在优化好的基态结构基础上,又计算了它的溶剂效应,进一步得出该分子在水溶剂中的吸收光谱和发射光谱特性.     

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。     

Theoretical studies of the structural,electronic and optical properties of carbazole‐based compounds

Carbazole derivatives have drawn increasing attention recently in organic electronic device applications because of their particular optoelectronic properties. An in‐depth theoretical investigation was elaborated in this paper to reveal the molecular structures, optoelectronic properties, and the structure‐property relationships of different carbazole‐linked functional groups. The geometric and electronic structures in ground and the mobility for the hole and electron are both calculated by density functional theory method. The excited‐state geometries of these compounds were obtained through Single‐excitation Configuration Interaction method, and time‐dependent density functional theory calculation results described the absorption and emission spectra properties, respectively. Some conclusions are as follows: (1) enlarging the π‐conjugated area, the corresponding spectra red shifted markedly; (2) by introducing the electron‐donor such as carbazole, the spectra blue shifted slightly; (3) compared with compound 1, the spectra for these compounds are hardly influenced by introducing an electron‐acceptor or heterocyclic substitution. On all accounts, these compounds are interesting optoelectronic functional materials. On the basis of their structural modifiability, the arylamine derivatives substituted carbazole compounds have great potential in the applications of organic light‐emitting diodes, organic solar cells, and sensors. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉及其2-取代芳基衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉(ip)及其8种2-取代芳基衍生物的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化, 并采用含时的度泛函理论(TD-DFT)计算了上述化合物的电子吸收和电子发射光谱. 分析了取代基对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉的电子结构、前线分子轨道、电离势Ip、电子亲和势EA及电子光谱的影响. 计算结果表明, 取代基使8种取代衍生物前线分子轨道(LUMO-HOMO)能隙降低,导致其最大吸收和发射波长均发生了红移. 化合物1～8的跃迁类型均为分子内电荷转移（ICT）跃迁,且1～4和5～8的电子转移方向刚好相反. 溶剂对其电子光谱也有影响, 振子强度增大, 最大发射波长红移. 另外, 8种取代衍生物的电离势降低, 电子亲和势增大, 化合物1~4易于空穴的注入, 5~8易于电子的注入.     

咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉及其2-取代芳基衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉(ip)及其8种2-取代芳基衍生物的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化, 并采用含时的度泛函理论(TD-DFT)计算了上述化合物的电子吸收和电子发射光谱. 分析了取代基对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉的电子结构、前线分子轨道、电离势Ip、电子亲和势EA及电子光谱的影响. 计算结果表明, 取代基使8种取代衍生物前线分子轨道(LUMO-HOMO)能隙降低,导致其最大吸收和发射波长均发生了红移. 化合物1～8的跃迁类型均为分子内电荷转移（ICT）跃迁,且1～4和5～8的电子转移方向刚好相反. 溶剂对其电子光谱也有影响, 振子强度增大, 最大发射波长红移. 另外, 8种取代衍生物的电离势降低, 电子亲和势增大, 化合物1~4易于空穴的注入, 5~8易于电子的注入.     

A comparative study of the electronic structure and spectra of tetraoxa[8]circulene and octathio[8]circulene

The electronic structure and spectra of two highly symmetric molecules of circulenes, namely, tetraoxa[8]circulene and octathio[8]circulene, which belong to the symmetry point groups D _4h and D _8h , respectively, have been investigated by the density functional theory (DFT) method using the hybrid functional B3LYP in the 6–31G(d) basis set. The infrared (IR) spectra of these molecules in the ground and excited triplet states have been compared. The comparison of the electronic absorption spectra of both molecules has revealed that the first electronic transition is forbidden and determined by the electronic-vibrational interaction due to the degenerate e _u modes. The ability of the studied circulenes to fluoresce and phosphoresce has been analyzed, because these compounds are of interest as promising materials for organic light-emitting diodes.     

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     

An investigation of the structure of free-base porphycene by time-resolved electron nuclear double resonance and density functional theory on the photoexcited triplet state

The photoexcited triplet state of free-base porphycene has been investigated by time-resolved electron nuclear double resonance spectroscopy at 10 K. In order to determine whether porphycene is cis or trans configured, experimentally determined A_zz hyperfine coupling tensor components are compared with those predicted from density functional theory. The structures of cis and trans porphycene, in both the singlet ground state and lowest excited triplet state were calculated using the Becke3-Lee-Yang-Parr composite exchange correlation functional and the 6–31G* basis set. Hyperfine couplings for these structures were then calculated using the same functional but with the extended EPR-II basis set. From the results it can be concluded that porphycene has a trans configuration in both the ground singlet and lowest excited triplet state. Additionally, the significant differences in structure between the singlet and triplet states are reflected in the calculated hyperfine couplings, with those for the trans conformation in the triplet state in reasonable agreement with the experimental values.     

Properties of a Si₂N molecule under an external electric field

In the present work,we adopt the ccsd/6-31g(d) method to optimize the ground state structure and calculate the vibrational frequency of the Si2N molecule.The calculated frequencies accord satisfactorily with the experimental values,which helps confirm the ground state structure of the molecule.In order to find how the external electric field affects the Si2N molecule,we use the density functional method B3P86/6-31g(d) to optimize the ground state structure and the time-dependent density functional theory TDDFT/6-31g(d) to study the absorption spectra,the excitation energies,the oscillator strengths,and the dipole moments of the Si2N molecule under different external electric fields.It is found that the absorption spectra,the excitation energies,the oscillator strengths,and the dipole moments of the Si2N molecule are affected by the external electric field.One of the valuable results is that the absorption spectra of the yellow and the blue-violet light of the Si2N molecule each have a red shift under the electric field.The luminescence mechanism in the visible light region of the Si2N molecule is also investigated and compared with the experimental data.