12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论方法, 计算分析了系列12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物的非线性光学(NLO)性质和电子光谱. 结果表明, 2个P(CH₃)₃配体的结构变化对配合物的原子间距离影响较小, Ni(Ⅱ)配合物的极化率随取代基共轭性和空间体积的增加而增大. 增强配合物的共轭性及改变P(CH₃)₃配体结构对二阶NLO系数有明显影响, 其中取代基为苯胺的配合物5b的第一超极化率总有效值(β_tot)最大. 分析配合物的电子光谱和相应的分子轨道组成可知, 配体内的电荷转移以及配体到金属的电荷转移对二阶NLO系数贡献较大.     

平面四方金属苯配合物的二阶超极化率的量子化学计算

反位平面四方型过渡金属有机配合物[XM(PEt₃)₂-C₆H₄-A] (M＝Pd, Pt; X＝Br, I; A＝NO₂, CHO), 具有较高的二阶超极化率. 采用从头算方法对该配合物的二阶超极化率进行了研究. 构型在MP2/Lanl2DZ水平优化. 基组采用赝势价分裂基Lanl2DZ添加弥散函数和极化函数. HF水平计算(个别情况用MP2计算验证)表明, 苯的对位取代基A的吸电子能力越强, 金属对位配体X的供电子能力越强, 则配合物的二阶超极化率越大.     

[Ru(bpy)2(phen)]^2+主配体上双取代效应DFT法研究

对钌联吡啶菲咯啉配合物[Ru(bpy)2(phen)]^2+及其主配体(phen)上5,6-双取代衍生物,用密度泛函(DFT)法在B3LYP/LanL2DZ水平上进行理论计算研究。探讨供电子基团(OH)和拉电子基团(F)在主配体上的取代对配合物的电子结构及相关性质,如配合物前沿分子轨道的能量、组成、光谱性质、原子的净电荷布居及配位键长键角等的影响规律。计算结果表明,取代基对该系列取代衍生物的电子结构,特别是第一激发态的电子云分布影响较大,拉电子基团(F)能活化主配体,钝化辅助配体;而代电子基团(OH)则相反。无认是供电子基团(OH),还是拉电子基团(F)都导致取代衍生物的电子基谱带红移。此外,用基于极性交替规律及极性叠加概念的多系列箭头的图示方法对主配体上的原子净电荷布居的特征作了讨论。计算结果能较好地解释有关的实验现象与规律。     

联吡啶Ru~(Ⅱ/Ⅲ)配合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对联吡啶Ru~(Ⅱ/Ⅲ)配合物的几何结构、氧化还原性质、UV-Vis光谱及二阶非线性光学(NLO)性质进行计算.研究结果表明,醌基的引入能够有效增大第一超极化率(β_(tot))值,但醌基在氮苯基上位置的改变对β_(tot)值影响不大.分子轨道和自旋密度分布分析结果表明,金属Ru~Ⅱ和副配体均能成为氧化中心,并且氧化中心位置不同,会导致配合物氧化态的电荷转移形式产生差别,进而改变氧化态的β_(tot)值.氧化态配合物1b和2b的β_(tot)值减小,而配合物3b和4b的β_(tot)值显著增大,超瑞利散射方法计算的第一超极化率(β_(HRS))值也符合此规律.含时密度泛函理论(TD-DFT)结果表明,配合物本征态主要是金属到配体的电荷转移(MLCT/ML'CT),而氧化态则是配体到金属的电荷转移(LMCT/L'MCT),给、受体发生明显改变.因此,通过改变副配体的种类及氧化还原反应,可有效调节这类联吡啶Ru~(Ⅱ/Ⅲ)配合物的二阶NLO响应.     

12顶点[1-R-CB11-Me11]-碳硼烷氧化-还原过程二阶NLO效应的理论研究

采用密度泛函理论（DFT）对12顶点[1-R-CB₁₁-Me₁₁]^-碳硼烷的结构和二阶非线性光学（NLO）调节效应进行计算分析. 结果表明,C位连接的取代基R供、吸电子能力的不同以及分子发生可逆氧化-还原反应对分子构型有一定影响. 由自然键轨道（NBO）电荷和电子自旋密度分析可知,分子的氧化中心是碳硼笼,分子的氧化反应可导致碳硼笼部分给、受体特性发生改变. 氧化态分子的第一超极化率总有效值（β_tot）大于相应还原态分子,当C位取代基R为供电子基团（—NH₂）的分子时,氧化态与还原态的β_tot值变化最大. 这类分子的氧化-还原反应可以有效调节二阶NLO光学效应.     

单齿配体取代基对钌(Ⅱ)芳烃配合物光致配体解离能力的影响

合成了三种钌(Ⅱ)芳烃配合物[(η⁶-p-cymene)Ru(bpy)(py-R)]²⁺(bpy=2,2′-联吡啶,py=吡啶,R=N(CH₃)₂,H,NO₂),通过紫外-可见吸收光谱、核磁共振、高分辨质谱及DNA凝胶电泳等手段研究了单齿配体吡啶对位取代基的推拉电子能力如何影响配合物的光致配体解离能力。研究发现,当单齿配体吡啶对位取代基为拉电子基团硝基时,配合物具有光致单齿配体解离能力及潜在的光活化抗肿瘤活性。     

双环金属铱(Ⅲ)异腈配合物的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)方法对双环金属Ir(III)异腈配合物的非线性光学(NLO)性质进行计算研究。用B3PW91(UB3PW91)(金属原子采用LANL2DZ基组,非金属原子采用6-31G*基组)方法对配合物进行几何结构优化。在优化构型基础上,采用B3PW91(UB3PW91)和B3LYP(UB3LYP)方法计算了配合物的第一超极化率(βtot),并用CAM-B3LYP(UCAM-B3LYP)(金属原子采用LANL2DZ基组,非金属原子采用6-31G**基组)方法模拟配合物的吸收光谱。结果表明,主配体的取代基(R1)和副配体的取代基(R2)对第一超极化率值贡献不大。配合物发生氧化还原反应,电荷转移方式增多,电荷转移程度增大,使βtot值显著增加,其中1a+([(C∧N)2Ir(CNR)2]+(R=CH3))发生氧化反应和还原反应的βtot值分别增大了75倍和144倍。因此,这类双环金属铱(III)异腈配合物的氧化还原反应可以有效地调节其二阶NLO性质。     

D-A-D(D')型邻位碳硼烷三元体系二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对系列具有D-A-D(D')型结构的邻位碳硼烷三元体系的电子结构、第一超极化率和电子光谱等性质进行研究.结果表明,碳硼烷具有独特的缺电子特征,可以作为有效的吸电子基团,与其桥联不同的供电子取代基Ar,形成三元体系的电荷转移方向是由Ar基团到碳硼烷.随着Ar基团供电子能力的增强,体系相应的第一超极化率值增大,其中分子7(Ar=N,N-二甲基苯)的βtot值(39197 a.u.)约为分子1(Ar=间三氟甲基苯,640 a.u.)的61倍.分子的电子光谱随Ar基团供电能力的增强发生红移,并采用二级能级公式对分子的第一超极化率规律给予了解释.     

9-氧化芴酮Ru配合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对系列9-氧化芴酮金属Ru配合物氧化还原过程的结构和二阶非线性光学(NLO)性质进行研究.结果表明,氧化还原过程影响配合物的几何结构和电荷分布,配合物的二阶NLO效应可通过氧化还原反应进行调节.配合物副配体取代主配体后,电荷转移程度减小,βtot值减少.与本征态相比,氧化过程可提高配合物的二阶NLO响应,还原过程中含有2个主配体配合物的βtot值减小,而含有2个副配体配合物的βtot值增大.分析主要电子跃迁过程可知,氧化还原过程影响了配合物的供受体性质.     

钌联吡啶单配体双取代基效应

对钌联吡啶配合物及其单配体的4,4′ 双取代衍生物, 用量子化学密度泛函(DFT)方法在B3LYP/LanL2DZ水平上进行计算.探讨一些强的推电子基团(如－OCH3)和强的拉电子基团(如－NO2)的取代基效应对配合物的电子结构与相关性质,如配位键长、光谱性质等的影响规律,为该类配合物的合成,光、电、催化和生化作用机理分析提供理论参考.     

配体取代基对三羰基铼配合物光催化还原CO2的影响

设计并合成了四种联吡啶配体上共价修饰不同取代基的三羰基铼配合物fac-Re(L)(CO)₃Cl: 即取代基分别为甲基(Re-Me)、羧基(Re-Ac)、季铵盐(Re-Qa)以及咪唑盐(Re-Im)的铼配合物, 化合物的结构均经过核磁氢谱、质谱以及红外光谱的确认, 测定了四种配合物第一和第二还原电位. 分别以该系列铼配合物为催化剂和光敏剂、三乙醇胺为电子牺牲体构建了均相可见光催化还原CO₂体系, 配体上取代基对催化剂的催化效果有显著的影响, 催化活性Re-Qa> Re-Ac≈Re-Me> Re-Im. 不同实验条件下四种催化剂的吸收光谱随时间变化研究表明, 铼配合物的催化效果和其在催化过程中的失活速率密切相关, 其变化趋势与催化剂失活速率一致, 催化剂的失活发生在催化剂得到一个电子后的单电子还原态中间体(One-electron reduced species, OER). 瞬态吸收光谱检测到了催化过程中的OER的生成, 证实光催化还原CO₂过程通过生成OER中间体进行的.     

不同N-杂环卡宾配体对铼配合物发光性能的调控

利用DFT/TDDFT方法研究了5种带有不同取代基的N-杂环卡宾配体对铼配合物发光性能的调控作用,从而筛选出有望作为有机发光器件（OLEDs）蓝色发射源的配合物.通过研究配合物的电子结构和光谱性质的关系,总结取代基影响发光性能的变化规律,预测磷光量子产率和其在OLEDs中的性能.结果表明,N-杂环卡宾配体上引入供电子能力不同的取代基,主要影响最低空轨道（LUMO）的能量大小.在配合物2和3中,供电子取代基（—NH₂,—OCH₃）会使之增加,从而使吸收和发射光谱能量增加,并且有可能提高磷光量子产率.研究了配合物在不同溶剂中的光谱性质,发现溶剂极性增加也可以改变光谱位置.另外,配合物2和3在OLEDs中表现出较好的电荷迁移平衡,有望成为性能较好的蓝色发光材料.     

齐聚苯胺修饰的三联吡啶铁配合物的合成及其光谱和电化学性质

合成了一系列齐聚苯胺修饰的三联吡啶铁配合物,研究了齐聚苯胺链长、不同取代基等对配合物光谱性质和氧化还原性质的影响。 结果表明,相对于配合物[Fe(TPY)₂]²⁺(TPY:三联吡啶),供电子齐聚苯胺单元的引入,使得修饰基团与配合物中心核[Fe(TPY)₂]²⁺之间形成了强的D-A体系,导致配合物¹MLCT吸收波长显著红移至594 nm,且摩尔吸光系数增加近5倍。 配合物同时具有基于金属中心、三联吡啶配体和齐聚苯胺单元的多个氧化还原过程,强拉电子取代基使齐聚苯胺单元氧化还原峰简并且峰电势明显正移,而正丁基取代基对氧化还原峰电势的影响较小。     

含绿色荧光蛋白发色团双自由基分子的非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了系列含绿色荧光蛋白发色团双自由基分子光学异构体的几何结构、极化率(αs)和第一超极化率(βtot).结果表明,引入电子给受体取代基使分子的极化率增大,而对第一超极化率有不同影响.对于光照前的反式结构,引入电子受体βtot值增加,且βtot值随取代基吸电子能力的增强而增大;引入电子给体βtot值降低,且βtot值随取代基给电子能力的增强而减小.当分子变成相应的顺式结构时,其βtot值变化趋势与反式结构的结果正好相反.光异构化前后分子的βtot值变化不同,引入电子受体使顺式结构的βtot值比反式结构的小,其中―NO2使顺式结构的βtot值减小为反式结构的1/6;引入电子给体使反式结构的βtot值比顺式结构的小,其中―NH2使反式结构的βtot值减小为顺式结构的1/6.从而,光异构化起到调节非线性光学(NLO)响应的作用.     

含有Pt―Pt键金属配合物的电子结构和二阶非线性光学性质

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合有限场(FF)的方法对一系列含有Pt―Pt键金属配合物的电子结构和二阶非线性光学(NLO)性质进行了理论计算. 结果表明改变共轭配体对Pt―Pt键影响不大. 由配体到Pt―Pt金属基团的电荷转移强度随配体增长而变大. 金属配合物静态一阶超极化率随配体的增长而增大, 配合物电荷的改变基本不影响这类化合物的二阶NLO性质. 具有相对长的共轭配体的配合物IId具有最大的二阶NLO响应. 含时密度泛函理论(TD-DFT)计算表明配合物IId的二阶NLO响应来自于混有配体到金属的配体内的π→π^*电荷转移跃迁的贡献.     

吡啶二亚胺过渡金属配合物的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法,对8个吡啶二亚胺配合物的几何结构、电子光谱和二阶非线性光学(NLO)性质进行了计算和分析.结果表明,配合物的极化率受副配体和中心金属离子的影响不大,副配体对配合物二阶NLO系数的影响也不明显.随金属离子d电子数的增加,配合物二阶NLO系数(β)有所减小,同一族金属离子随半径增大,其配合物相应的βtot值增加.配合物中的金属离子起到供电子作用时,配合物最大振子强度下的跃迁能较小,其相应的βtot值较大.     

联吖叮氮氧自由基体系及其衍生物NLO性质的密度泛函理论研究

以实验合成的联吖叮氮氧自由基分子为母体, 设计了7个自由基分子. 采用密度泛函理论(DFT) UB3LYP/6-31g(d,p)方法对这些自由基分子不同自旋态的稳定性和非线性光学(NLO)系数进行计算. 结果表明, 联吖叮氮氧自由基分子及其衍生物三重态为稳定基态, 符合自旋极化规则. 引入给吸电子取代基使自由基体系的极化率αs与二阶超极化率γs值有所增大, 且基团的给吸电子能力越强, αs和γs值增加越明显; 对于一阶超极化率βtot, 自由基体系处于单重态时, 取代基的影响较大. 所有自由基分子三重态的NLO系数都小于单重态, 表明可以通过控制体系的自旋多重度来调节体系的NLO性质.     

β位取代基对咔咯锰(Ⅴ)氧配合物电子吸收光谱的影响

采用含时密度泛函理论(TDDFT)和B3LYP方法对一系列β位咔咯锰(Ⅴ)氧配合物的几何结构、前线轨道、自然键轨道和电子吸收光谱进行了计算。并探讨了β位取代基对咔咯锰(Ⅴ)氧配合物电子吸收光谱的影响。结果显示β位取代基效应中的空间效应是能导致该体系电子吸收光谱Soret带和Q带红移。β位取代基的空间位阻大时,导致配合物的咔咯环产生严重扭曲,引起Soret带和Q带吸收峰的ΔE能隙减小,导致Soret带和Q带发生红移。     

两种4-氨基安替比林席夫碱-Pt(Ⅱ)配合物电子光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),在PBE0/6-31+G(d)-LANL2DZ水平下,对两种含有不同取代基的4-氨基安替比林席夫碱-Pt(Ⅱ)配合物A和B的几何构型、前线分子轨道及其分布特征进行理论计算.在优化构型的基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT)在相同水平下对上述配合物进行电子吸收光谱研究.计算还考虑了二氯甲烷溶剂对电子结构和光谱性质的影响.结果表明,配合物A和B的最强吸收波长分别来自于HOMO→LUMO和HOMO-5→LUMO的跃迁,以上跃迁存在明显的分子内电荷转移的特征.此外,在4-氨基安替比林配体上引入强的给电子基团-N(CH3)2,配合物A的最大吸收波长相对于配合物B发生了红移现象.     

8-羟基喹啉银(铂)金属配合物电子光谱与非线性光学性质

运用密度泛函理论B3LYP方法对8-羟基喹啉(银、铂)(AgQ、PtQ₂)金属配合物及其衍生物的非线性光学性质进行理论计算研究. 结果表明: 引入取代基使铂配合物的最强吸收波长产生较大红移. 最低能量跃迁吸收来自最高占据分子轨道(HOMO)到最低空分子轨道(LUMO)的d→π^*和π→π^*跃迁, 属于金属配体电荷转移(MLCT)与配体配体电荷转移(LLCT). 金属银和铂掺杂8-羟基喹啉使其三阶非线性光学系数γ值明显增大, 并且在配合物上引入―Ph, ―PhOCH₃, ―PhF₂, ―PhF₅基团将进一步增大γ值. 引入基团的供电子性越强, γ值增大的幅度越大, 引入基团的吸电子性越强, γ值增大的幅度越小.