非平衡溶剂化新理论在有机染料电子光谱中的应用

总结了非平衡溶剂化新理论和在量子化学软件Q-Chem中基于含时密度泛函理论(TD-DFT)实现溶剂效应下计算电子吸收和发射光谱的数值解方法.采用该方法计算了染料敏化太阳能电池(DSSCs)中三苯胺型有机染料■在真空和乙腈溶剂中的电子结构与光谱性质,研究发现,π共轭桥上碳碳双键的个数和溶剂效应会促进光电转换.     

4-硝基咪唑A-带激发态结构动力学

通过共振拉曼光谱实验和量子化学计算的方法研究了4-硝基咪唑(4NI)A-带激发态衰变动力学. 对4NI的振动光谱、紫外电子吸收光谱、荧光光谱和共振拉曼光谱进行了指认. 在全活化空间自洽场法(CASSCF)/6-31G(d)计算水平下获得了单重激发态S₁(n_Oπ^*)和S₂(ππ^*)和势能面交叉点S₁(n_Oπ^*)/S₂(ππ^*)的优化几何结构和能量, 分析了A-带共振拉曼光谱的强度模式特征, 获得了短时结构动力学, 并结合全活化空间自洽场法(CASSCF)理论计算结果确定了4NI 在S₂(ππ^*)态衰变通道主要是S_{2, FC}→S_{2, min}(ππ^*)→S₀辐射弛豫.     

新型鸟嘌呤类似物y-鸟嘌呤及其异构体电子光谱性质的理论研究

荧光核酸碱基类似物的设计合成是众多研究领域的热点课题. 本文利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)考察了新型鸟嘌呤类似物y-鸟嘌呤(yG-t1) 及其五个异构体(yG-t2到yG-t6)的结构性质、电子性质和光谱性质, 同时考察了甲醇溶剂和碱基配对对其光谱性质的影响. 研究表明, 气相中y-鸟嘌呤的标准结构并不是最稳定的结构, 其具有三个能量相近的异构体, y-鸟嘌呤最有可能以这三种形式存在. 光谱性质研究表明y-鸟嘌呤的最大吸收波长比天然鸟嘌呤大得多, 人们可以对其进行选择性激发. y- 鸟嘌呤的标准结构与其异构体显示出不同的光谱特性, 因此可以利用其电子光谱指纹对它们进行区分. 研究发现甲醇溶剂将使y-鸟嘌呤标准结构的最大吸收波长和荧光发生蓝移, 而使其他异构体相应值发生红移; 与胞嘧啶配对将使yG-t1, yG-t2, yG-t5 和yG-t6的最大吸收波长和荧光波长发生蓝移, 表明y-鸟嘌呤的电子光谱性质受环境影响较大.     

乙腈溶剂中芳酰基硫脲对F~-识别作用的理论研究

采用混合密度泛函B3LYP方法,在6-31G**水平上和URHF溶剂半径中优化乙腈溶剂中四种芳酰基硫脲及其氟离子复合物的几何构型,从几何结构参数、电荷布居、前线轨道、结合能以及热力学参数等角度探讨复合物形成过程中主客体间的相互作用,结果表明,芳酰基硫脲在乙腈溶液中识别氟离子是一个自发过程,识别作用主要是硫脲氮氢与氟离子的氢键作用。受体分子识别氟离子能力与取代基密切相关,以N-对硝基苯基-N’-对硝基苯甲酰基硫脲氟离子复合物最稳定。在基态结构的基础上用相同的理论水平计算了乙腈溶剂中四种受体分子及氟离子复合物的电子吸收光谱。结果表明,有取代基的芳酰基硫脲识别氟离子后的光谱行为变化大,有利于使用比色法检测阴离子。光谱理论计算值很好地反映了实测值,这为实验室开展工作提供了依据。     

螺桨烷型分子BX[(CH_2)_n]_3和BX(CH_2)[CH(CH_2)_nCH](X=N,P)的结构和性质

采用密度泛函理论(DFT)研究了螺桨烷型分子BX[(CH2)n]3和BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P;n=1-6)的结构、稳定性、化学键和电子光谱性质.计算结果表明这些分子都是稳定的.BX[(CH2)n]3(X=N,P;n=1-6)的最高占据分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙均大于5.20 eV,其中BN[CH2]3和BP[CH2]3的能隙超过7.0 eV,与C5H6的能隙(7.27 eV)很接近,BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P;n=1-6)的能隙在6.80 eV左右.所研究分子能量的二阶差分表明BN[(CH2)3]3、BP[(CH2)4]3及BX(CH2)[CH(CH2)2CH](X=N,P)是最稳定的.BX[(CH2)n]3的Wiberg键级表明除了BN[(CH2)n]3(n=2和6)中不存在B―N键,其它化合物中B和N均形成了化学键,BP[(CH2)n]3中除了BP[(CH2)2]3不存在B―P键,其它的均存在.电子密度的拓扑分析表明N―B键属于离子键,而P―B键具有共价键特征.BX[(CH2)n]3(X=N,P)的第一垂直激发能分别在191.1-284.8 nm和191.8-270.1 nm之间,BX(CH2)[CH(CH2)n CH](X=N,P)的第一垂直激发能分别在190.5-199.7 nm和209.0-221.3 nm之间.     

噻唑类生色分子的电子光谱和非线性光学性质

在B3LYP/6-31+G*水平上对八种噻唑类生色分子的电子光谱与二阶非线性光学性质茁进行计算研究. 结果表明, 含羟乙基、烷氧乙基、氟乙基和氨乙基活性基团的噻唑类分子具有大的β值, 为1.6×10-28 esu左右, 与实验结果基本一致. 气相中的最大吸收波长λmax位于480-488 nm范围内. 含羟乙基活性基团的噻唑分子, 随溶剂极性增大, λmax有红移趋势.     

氮杂及硼杂碳笼的电子结构和光谱研究

用INDO方法研究了氮杂与硼杂碳笼CnX(n=59,69;X=N+,B-)的电子结构和光谱,表明CnX与C60,C70相比将发生结构畸变,氮杂碳笼比硼杂碳笼稳定,C70中靠近极附近的两种C原子易被杂原子置换.本文在对电子跃迁进行理论指认的同时,讨论了光谱红移的原因.     

吐昔烯衍生物分子的电子光谱与非线性光学性质

采用含时密度泛函理论(TDDFT)B3LYP对5个吐昔烯及其衍生物分子的吸收光谱进行理论计算。结果表明,该5个分子的吸收波长在281—307 nm范围内,属于近紫外区。使用有限场(FF)方法理论计算5个化合物分子的非线性光学(NLO)性质。结果显示,吐昔烯分子引入烷氧基将明显增大二阶和三阶非线性光学性质（b0和 值）,此类化合物分子的三阶非线性光学性质明显优于二阶非线性光学性质。     

C80n (D2,Ih)的Jahn-Teller畸变和电子光谱

用INDO系列方法研究C80n(D2,Ih)的Jahn-Teller畸变,表明C80(D2)比C80(Ih)稳定,与实验一致;C80n(D2)未发生Jahn-Teller畸变,C80n(Ih)的部分离子发生明显的Jahn-Teller畸变,电荷对C80(Ih)稳定性有显著影响.首次计算其电子光谱,不仅得到C80(D2)与实验一致的吸收峰,还预测了C80n(D2,Ih)的电子光谱,对电子跃迁进行理论指认.C80n(D2)光谱与C80(D2)相比发生吸收峰红移,而C80n(Ih)光谱与C80(Ih)相比发生吸收峰兰移,其原因是C80n(D2)的LUMO-HOMO能隙比C80(D2)小,而C80n(Ih)的能隙则比C80(Ih)的能隙大.