气相水杨酸激发态分子内质子转移特性分析

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)研究了气相水杨酸(SA)分子的激发态氢键动力学过程。通过对水杨酸分子基态和激发态结构的优化,以及对其稳态吸收和发射光谱特性、前线分子轨道、红外振动光谱和势能曲线的计算分析,阐明水杨酸分子内质子转移可在激发态下自发地发生,导致其激发态可存在烯醇式和酮式两种异构体结构,并揭示了这种质子转移源于分子内电荷转移的激发态氢键的加强机制。     

3-吡咯烷基苯并蒽酮的电子结构和光谱性质

苯并蒽酮衍生物在新型荧光材料、非线性光学材料和液晶显示材料等领域有较大的应用前景.本文采用量子化学方法优化了3-吡咯烷基苯并蒽酮的基态几何结构和第一单重激发态的几何结构,并与X射线晶体衍射实验值进行了对比.利用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函,计算了3-吡咯烷基苯并蒽酮在气相和溶剂中的吸收和发射光谱,考察了它的电子结构和光谱特征,并分析了不同泛函、基组以及溶剂效应对吸收和发射光谱的影响.计算结果表明:3-吡咯烷基苯并蒽酮的最强吸收和发射光谱都是具有π→π*跃迁特征的电荷转移(CT)态;泛函B3LYP能较好地重现实验吸收能;而对于具有分子内电荷转移特征的激发态,泛函MPWK能较好地重现实验发射能.溶剂效应的计算表明,不同极性的溶剂对3-吡咯烷基苯并蒽酮的吸收光谱和发射光谱的影响较小.理论预测的光谱与实验结果一致.     

2-氨基苯并噻唑的结构及激发态质子转移动力学

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、傅里叶变换拉曼（FT-Raman）和488 nm拉曼光谱,结合密度泛函理论（DFT）计算研究了2-氨基苯并噻唑（ABT）在晶态和溶剂中的二聚体结构,并解释了质子性溶剂中ABT二聚体与溶剂分子间的氢键作用.电子光谱实验揭示了ABT二聚体的光物理和光化学反应;紫外吸收和荧光发射光谱结果表明,溶剂、激发波长和pH值对ABT二聚件激发态衰变具有调控作用;含时密度泛函理论（TD-DFT）解释了ABT二聚体双荧光现象,提出了高激发态的质子转移机理.     

基于异噁唑酮类份菁染料的激发态分子内质子转移的研究

运用量子化学理论计算方法研究了3-甲基-4-(1H-吲哚-3-次甲基)-异噁唑-5-酮(A)及其衍生物份菁染料的激发态分子内质子转移性质.研究表明:在基态3种染料AH(R=H),AO(R=—O(H3))和AP(R=—O(H2Ph))只存在酮式构型,在激发态AH与AP存在酮式和烯醇式2种构型,而AO存在酮式、烯醇式和仲胺式3种构型.红外光谱表明化合物从基态跃迁到激发态存在分子内的氢键增强作用,势能曲线显示激发态的质子转移为放热反应且能垒较低,通过分析电子光谱得到具有较大斯托克位移的激发态分子内质子转移的荧光发射峰,前线分子轨道理论计算进一步说明了其质子转移的发生过程.     

6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体激发态质子转移异构化反应及光谱的理论研究

采用ab initio HF理论的组态相关CIS方法和连续溶剂模型PCM, 分别在6-311+G*和6-31G水平上研究了6-甲基-4-羟基嘧啶单体及二聚体激发态质子转移的异构化反应; 对其反应势能面的研究发现, 单体基态和激发态的异构化反应一起可以形成四能级的分子电子体系, 而二聚体的却不能, 由此解释了单体和二聚体的紫外吸收光谱和荧光发射光谱均对应于酮式构型的原因. 利用混合含时密度泛函TD/MPW1PW91理论方法在溶剂存在下计算了标题物质的紫外吸收光谱和荧光发射光谱.     

局域和长程杂化密度泛函研究推拉结构有机发光分子

用含时密度泛函方法研究了具有推拉结构的有机发光材料3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(4-[9-咔唑基]-苯乙烯基)环己烯(DCDCC)的吸收和荧光光谱, 并考虑了溶剂效应. 通过与实验光谱的比较, 重点评价了包括局域和长程在内的8种交换泛函. 结果表明泛函的选择对结果的可靠性至关重要, 在密度泛函和含时密度泛函理论框架下, 包含44% Hartree Fock交换泛函的BMK杂化函数联同连续极化模型和中等大小的基组最适合研究DCDCC分子的光谱性质. 此外, 尽管DCDCC分子内电荷转移并没有强致发出双荧光, 但仍然可以用平面分子内电荷转移和扭转分子内电荷转移模型解释DCDCC激发态的结构. BMK泛函计算的结果表明DCDCC的激发态结构支持平面分子内电荷转移模型.     

生色团连接的苯骈三氮唑衍生物的激发态分子内质子转移

用从头算和密度泛函理论研究了对硝基二苯乙烯作为生色团连接的2-(2-羟基-苯基)-苯骈三氮唑的衍生物2-羟基-5-[对硝基-二苯乙烯基-氧亚甲基]-苯基-(2H-苯骈三氮唑)(C1)和4′-硝基-3,4-二[2-羟基-(2H-苯骈三氮唑)-苄氧基]-二苯乙烯(C2)发生激发态分子内质子转移(ESIPT)的可能性.系统研究了C1和C2发生ESIPT的互变异构体的基态与激发态的性质变化,包括相关的键长、键角等结构参数,Mulliken电荷和偶极矩,前线轨道以及势能曲线.计算结果表明,对于C1来讲,酮式(keto)的基态(K)不存在稳定结构,因此发生基态分子内质子转移(GSIPT)可能性很小.酮式的激发态(K*)的氢键强度要远强于烯醇式(enol)的激发态(E*)的氢键强度.分子在光致激发后,质子供体所带负电荷减小而质子受体所带负电荷增加.在K*,HOMO→LUMO的电子跃迁导致电子密度从"酚环"向质子化杂环转移.E*→K*跃迁只需要克服较小的能垒(约41 kJ.mol-1).计算结果表明C1发生ESIPT的可能性很大.C2由于具有高能量,其具有基态的单质子转移特征的异构体EK(同时含烯醇E与酮K结构)、具有基态的双质子转移特征的异构体2K(含有双酮结构),以及具有双酮结构特征的激发态2K*均无法获得它们的稳定结构,因此,基态分子内单或双质子转移和激发态分子内双重质子转移发生的可能性极小.然而,由于双烯醇式的激发态(2E*)和EK的激发态(EK*)存在稳定结构,且2E*→EK*跃迁具有低能垒,因此C2有可能发生激发态分子内单重质子转移.本文进一步计算了两个分子的紫外-可见吸收光谱与荧光发射光谱,获得了具有较大斯托克位移的ESIPT的荧光发射峰.     

三苯胺衍生物光物理性质的研究

研究了4-醛基-三苯胺(kTA)和4,4′-二醛基-三苯胺(BTA)的光谱性质。由于这两种化合物的共轭体系中既有电子给体(胺基)又有电子受体(醛基),它们在激发态发生分子内扭曲的电荷转移(TICT)。通过对FTA和BTA的荧光发射的溶剂效应、温度效应、粘度效应以及低温77K荧光的研究,发现FTA和BTA在极性溶剂中的荧光发射谱带中包含了光诱导电荷转移(ICT)和TICT(A带)2个组分,而在非极性溶剂中只有ICT带(B带),并讨论环境对TICT态的影响。另外,荧光猝灭方法也证实了这一点。     

α-单取代吡啶盐的新方法合成及光化学反应研究

以α位单取代2,4,5-三苯基吡喃盐和取代伯胺为原料,一步合成出相应的α位单取代吡啶盐.在此基础上研究了α位单取代吡啶盐的光化学反应,成功合成出具有较高共平面结构的菲啶盐.通过测定吡啶盐和菲啶盐的荧光光谱发现,N位苯环上取代基供电性的增强使得吡啶盐荧光发射光谱发生明显的红移,荧光强度减弱,而菲啶盐由于分子共平面性增强极大提高了分子的荧光强度.     

不同位置取代的三氰基乙烯基蒽的光谱行为的研究

本文设计合成了两个典型的共轭的电子给体与电子受体(D-A)化合物:2-三氰基乙烯基蒽(2-TCVA)与9-三氰基乙烯基蒽(9-TCVA),通过极性效应,温度效应对它们基态与激发态的光谱行为进行了表征。研究表明:这两个化合物均表现出显著的电荷转移(CT)吸收峰,分子受光激发后,9-TCVA只能在非极性溶剂中产生分子内电荷转移(ICT)态荧光,而2-TCVA在极性与非极性溶剂中都能从ICT态发光。另外,温度效应显示冻结态下,2-TCVA只发射ICT态荧光,而9-TCVA既发射类蒽(anthracene-like)荧光又发射ICT态荧光,造成这一现象的主要原因可能是2-TCVA与9-TCVA分子平面性上的差异而引起分子内电荷转移相互作用不同所致。文中还利用了Bilot-Kawski公式估算了化合物2-TCVA在激发态与基态时偶极矩的差值为18.8D。     

四氢二嵌萘衍生物在不同环境中的电子结构及光谱特征的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP泛函和单激发组态相关方法(CIS)在6-31+G*基组水平下分别优化了四氢二嵌萘衍生物(THP)基态和第一单重激发态的结构,并在此基础上利用含时密度泛函理论计算了THP在不同环境中的电子结构和光谱性质.溶剂效应采用连续极化介质模型(PCM)计算.结构分析发现在酸性环境中,基态时THP二甲氨基上的N原子容易质子化.计算结果表明,尽管THP的第一单重激发态是一个电荷转移态,但是它本身并不发射双荧光.在酸性溶剂中,THP的双峰发射来源于两种物质:跃迁能为2.71eV的发射峰由激发的THP发射,而3.69eV的发射峰则来源于质子化的THP.根据计算结果,我们建议了THP在酸性溶剂中的激发与驰豫途径.理论预测的吸收和发射光谱与实验结果一致.     

2-(2′-羟苯基)苯并噁唑氨基衍生物电子结构和光谱性质的理论研究

采用量子化学方法优化了间位和对位2-(2′-羟苯基)苯并噁唑氨基取代衍生物(4-AHBO和5-AHBO)基态的第一单重激发态所有可能的稳定构型, 分析了这些异构体在不同溶剂中的相对稳定性. 利用含时密度泛函理论(TDDFT)的不同泛函, 计算了4-AHBO和5-AHBO各异构体在溶剂中的吸收与发射光谱, 考察了它们的电子结构和光谱特征. 结果表明, 4-AHBO(5-AHBO)的双荧光不是由同一种异构体发射的, 而是来源于不同异构体的发射: 长波区的荧光由酮式构型发射, 短波区的发射则可能由四种醇式异构体共同产生. 另外, 也解释了5-AHBO在质子溶剂中光谱异常的原因, 分析了不同氨基取代位和溶剂极性的变化对各异构体构型、光谱性质及电子结构的影响. 理论预测的光谱与实验结果一致.     

结构受阻对取代苯乙烯基吡嗪光物理行为的影响

有关藻类化合物衍生物的荧光发光及其顺反异构化是长期来一直受到广泛注意的问题［’，2］，近年来特别在发现了街的两侧苯环联有推、拉电子能力基团、构成了分子内共轭的电行转移化合物后，其荧光发射有了较大幅度的增长［3，4］，使人们对这一问题的研究更加关切．由于荧光的增长会导致异构化反应的减少，促使人们提出所谓的激发态多衰变通道的观点［5，6］以激发的英分子为例；已认识到其中的双键扭转应为异构化（无辐射衰变的一种）的主要通道，而蔑分子的平面态或双键二侧单键的扭转态则是荧光发射（辐射衰变）的主要途径·所有这些看…     

4-酰基-双(1,3-二苯基-5-吡唑啉酮)铽(Ⅲ)配合物的和成及荧光性质

合成了3种4－酰基－双（1，3－二苯基－5－吡唑啉酮），1，5－双（1′，3′－二苯基－5′－吡唑啉酮－4′－基）－1，5－戊二酮；1，6－双（1′，3′－二苯基－5′－吡唑啉酮－4′－基）－1，6－己二酮和1，10－双（1′，3′－二苯基－5′－吡唑啉酮－4′－基）－1，10－癸二酮，通过元素分析，红外光谱和核磁共振氢谱对产物组成进行了表征，合成了它们的Tb(Ⅲ）二元和三元[1,10-二氮杂菲（Phen)或2，2′－联吡啶（Dipy)]配合物，测定了配合物的荧光光谱，对其荧光性质进行了研究，结果表明，配合物发射Tb(Ⅲ）的特征荧光，4－酰基0双（1，3－二苯基－5－吡唑啉酮）配体的三重态能级与Tb(Ⅲ）的最低激发态（5D4）能级匹配较好，配合物荧光强度随4－酰基－双（1，3－二苯基－5－吡唑啉酮）配体2个吡唑环间碳链的增长而减弱，第2配体Phen和Dipy具有荧光增强作用，且前者优于后者。′     

密度泛函方法研究噻唑橙类菁染料的光谱性质

4-(二乙基氨基)丁基取代的三甲川噻唑橙(DEAB-TO3)具有极低的本底荧光可用于核酸检测。本文运用密度泛函理论研究了4-(二乙基氨基)丁基取代的一甲川噻唑橙(DEAB-TO1)和DEAB-TO3光谱性质。基态和激发态几何优化显示激发态构型高度扭曲;光谱计算和轨道分析得出第一激发态是暗态,出现了扭曲的分子内电荷转移;势能曲线计算可知,DEAB-TO1和DEAB-TO3有着极低的能隙和旋转能垒。以上结果解释了本底荧光极弱的实验现象。     

酞菁和卟啉分子的超快内转换和振动弛豫

用微扰密度矩阵和瞬态线性极化率理论,模拟了四特丁基酞菁（BuPc）和四苯基卟啉（TPP）分子的飞秒荧光亏蚀谱．初步定量地确定了它们的Huang-Rhys因子．振动弛豫和电子激发态溶剂化的速率常数．飞秒荧光亏蚀谱在零延时附近的尖峰．归结为S2→S1的内转换所造成的后果．通过对光谱的模拟,比较可靠地确定了内转换速率常数。     

几种方酸菁染料的NMR及光谱特性研究

研究了几种方酸菁染料的核磁、可见、荧光光谱。通过二维核磁共振谱和¹³CNMR确定了分子的结构和构型。测定了其在不同溶剂中吸收光谱和荧光发射光谱及其发射的荧光量子产率。发现它具有微弱的正向溶致变色特性,通过光谱特征分析得出整个分子处于平面结构并形成一个长的共轭体系,其激发态和基态的结构相近的结论。同时,讨论了结构对分子电荷分布及相应荧光光谱特征的影响。     

荧光光谱法研究PS分子链在不同溶剂中的荧光特性

利用荧光光谱法研究了溶剂和浓度对聚苯乙烯（PS）荧光特性的影响. 研究表明,PS在四氢呋喃溶液中的荧光发射波长为345 nm,其荧光强度达到最大时的饱和浓度为0.1 mg/mL;PS在甲苯溶液中的荧光发射波长为310 nm,其荧光强度达到最大时的饱和浓度为0.075 mg/mL. 造成这种现象的原因在于:四氢呋喃不具荧光性,不与PS分子链中的苯环发生相互作用,而甲苯溶剂自身具有苯环结构,PS和甲苯生色团荧光频率接近,同时PS分子链上苯环与甲苯上的苯环的间距非常小,相邻苯环上的π电子可以互相重叠,形成T型构造的苯环二聚体,使体系的荧光发射峰蓝移至310 nm. 另外,随着PS在溶液中浓度的增大,开始呈线性增加,当浓度大于饱和浓度C*后,随后其荧光强度呈现非线性下降,这主要是PS在溶剂中形成了二聚体.     

溶剂效应和取代基效应对2-(2-氨基苯基)苯并噻唑光谱性质及激发态分子内质子转移的影响

合成了多种2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(APBT)氨基氢原子被供电子及吸电子基团取代的衍生物, 并用紫外光谱﹑荧光光谱等方法和密度泛函理论(DFT)计算研究了溶剂效应和取代基效应对衍生物的光谱性质及激发态分子内质子转移(ESIPT)的影响规律. 结果表明, 相比于非极性溶剂环己烷, 随溶剂极性的增加及APBT-溶剂分子间氢键的形成, APBT的紫外-可见最大吸收峰和荧光最大发射峰均发生了一定程度的红移, 并对APBT的ESIPT产生了影响. 在APBT分子的氨基氮原子上引入不同的吸电子或斥电子取代基, 对氮原子的电荷性质有较大的影响. 在环己烷溶剂中, 甲基取代后的APBT仅有单重荧光发射峰, 体系未发生ESIPT过程; 而COCH₂Cl等吸电子基团能促进APBT的ESIPT, 其荧光发射光谱出现了明显的双重峰, 表明体系发生了激发态分子内质子转移反应. 量子化学的理论计算较好地验证了光谱实验结果.     

4-（1，2-二苯基）乙烯基-4＇-（NN-二苯基-4-乙烯基苯胺基）联苯及其二氟取代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4－（1,2－二苯基）乙烯基－4’－（N,N-二苯基－4－乙烯基苯胺基）联苯（A）及其二氟取代衍生物（B—F）的基态（S0）和单重激发态（S1）的几何构型进行了全优化,计算获得了电离势IP、电子亲和势EA等相关数据,并采用含时密度泛函（TD—DPT）方法计算了上述化合物的电子吸收和荧光发射光谱．研究结果表明,化合物A及二氟取代衍生物B—F在469-474nm蓝光区域主发射峰的强度远远大于372—387nm范围的次发射峰,说明此类化合物具有纯度较高的发射光谱;主链苯环上的二氟取代（B,C和D）使最低空轨道（LUMO）能级明显降低,有利于提高电子注入;芳胺基苯环上的二氟取代（D和E）使分子最高占据轨道（HOMO）能级明显降低,电离势增加,能隙变大,有利于抑制空穴越过发光层向电子传输层输运,减少界面处激基复合物的形成,同时起到光谱蓝移的效果;既是主链苯环上也是芳胺基苯环上的二氟取代衍生物D更有利于平衡电子－空穴的注入,应该具有更加优良的发光性质．