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     

SnSe分子外场下的基态性质和激发态性质

对Sn原子使用SDB-cc-pVTZ基组, Se原子采用6-311++G^**基组, 利用密度泛函中的B3LYP方法研究了电场强度为-0.04–0.04 a.u.的外电场对SnSe基态分子的几何结构、 电荷布居分布、 HOMO能级、 LUMO能级、 能隙、 费米能级、 谐振频率和红外光谱强度的影响. 继而使用含时密度泛函(TD-B3LYP) 方法研究了SnSe分子在外场下的激发特性. 结果表明, 外电场的大小和方向对SnSe分子基态的这些性质有明显影响. 在所加的电场范围内(-0.04 a.u.–0.04 a.u.), 随着正向电场的增大, 核间距先减小后增大, 在F=0.03 a .u.时取得最小值0.2317 nm; 分子电偶极矩μ近似线性地增大; E_L, E_H、 费米能级E_F和能隙E_g均减小. 随着正向电场逐渐增大, 分子总能量和谐振频率均先增大后减小; 红外谱强度则先减小后增大, 在F=0.03 a.u.时, 取得最小值 0.1138 km·mol^-1. 由基态到第1–10个单重激发态的波长均随着正向电场的增大而增大. 激发能均随着正向电场的增大而减小. 电场的引入可改变SnSe分子激发态出现的顺序并使得一些禁止的跃迁变得可能. 关键词： SnSe 外电场 能隙 激发特性     

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.     

外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

本文以6-311++g(d,p)为基组, 采用密度泛函理论的B3P86方法优化得到了ZnO分子的基态稳定构型, 并计算了不同外电场(-0.05–0.05a.u.)下ZnO基态分子的稳定电子结构, 研究外电场对ZnO基态分子键长、总能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响. 结果表明: 外加电场的大小和方向对分子结构和电子特性均有明显影响. 随着正向外加电场的增加, ZnO基态分子的平衡键长先减小后增加, 而分子总能量、振动频率和红外光谱的强度均先增加后减小. 分子的最高占据轨道能量E_H、最低未占据轨道能量E_L和能隙E_g始终处于减小趋势, 因而占据轨道的电子更容易被激发至空轨道. 这一结果可为ZnO分子的电致发光机理研究提供一定的理论参考. 关键词： ZnO 外电场 结构参数 激发     

射频磁控溅射法制备SnS薄膜及其结构和光学特性

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积SnS薄膜并对其进行快速退火处理,利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线能量色散谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计研究了不同溅射功率(60~120 W)条件下制备的SnS薄膜的晶体结构、物相组成、化学组分、表面形貌以及有关光学特性。结果表明:经快速退火的薄膜均已结晶,提高溅射功率有利于改善薄膜的结晶质量、生长择优取向程度和化学配比,薄膜的平均颗粒尺寸呈增大趋势;溅射功率为100 W的薄膜样品的结晶质量和择优取向度高,薄膜应变最小,且为纯相SnS薄膜,Sn/S组分的量比为1∶1.09,吸收系数达10~5cm~(-1)量级,直接禁带宽度为1.54 eV。     

外电场作用下Si_2O分子的激发特性

主要对2种Si2O分子异构体的激发特性进行研究,由计算结果可知,外电场对Si2O分子的激发能,振子强度,跃迁偶极矩及吸收光谱有着显著的影响.无外电场时三角型Si2O(C2v,1A1)分子在可见光区无吸收谱,外电场作用下其在可见光区(407.18—526.93nm)有比较弱的吸收谱.直线型Si-Si-O(C∞v,3Σ-)分子在有无外电场作用时在蓝光和紫光区均有一定的吸收谱,其中比较难得的是在蓝色光区(478.88—488.59nm)呈现较强的吸收谱.     

外电场作用下SiO电子结构特性研究

在得到SiO分子基态稳定构型的基础上，选用B3P86/6-311++g(d，p)方法优化得到了不同外电场(-0.03—0.03a.u.)下SiO分子基态的稳定电子结构，研究了外电场对SiO分子基态键长、能量、电荷分布、能级分布，能隙及红外光谱的影响规律.结果表明，分子结构与电场呈现强烈的依赖关系，且对电场的方向依赖呈现出不对称性.同时在正向外电场逐渐增大的过程中，SiO分子能隙始终处于减小趋势，占据轨道的电子易于激发至空轨道，因而为研究材料的电致发光机理奠定了一定的理论基础.     

外电场作用下CHCl_3分子的特性研究

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上,优化得到CHCl3分子在不同外电场下(-0.04~0.04a.u.)的基态稳定构型、偶极矩、HOMO能级、LUMO能级、能隙、电荷分布、谐振频率和红外光谱强度。结果表明,分子结构、电荷分布与外电场有着强烈的依赖关系,当电场由F=0.024 3a.u.变到F=0.024 4a.u.时,Cl原子由电正性向电负性转变;随着正向电场的增大,HOMO能级、LUMO能级和能隙都先增大后减小,分子偶极矩随正向外电场的增大先减小后增大,当F=0a.u.时能隙取最大值EG=7.238 19eV,当F=-0.02a.u.时偶极矩取最小值μ=0.086 7Debye,同时,外电场对CHCl3分子的激发能、振子强度和红外光谱的位置和强度均有一定影响。     

外电场作用下L1OH分子的特性研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上优化了不同外电场下L1OH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L1OH分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化,然后利用杂化CIS方法在6-311G(d,p)的基组下计算了外电场L1OH分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度,结果表明:在没有外电场时,L1OH分子的激发态都能够激发;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,前线轨道能量随外电场的增加不断减少,轨道分布受外电场的影响很大;外电场对L1OH分子的激发波长也产生了一定影响.     

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.     

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.     

外电场下二氧化硫的分子结构及其特性

以6-311++g(3d, p)为基组, 采用B3P86方法研究了不同外电场(-0.04-0.04 a.u.)对SO₂分子基态的几何参数、电荷分布、能量、电偶极距、最高占据轨道(HOMO)能级、最低占据轨道(LUMO)能级及能隙的影响, 在优化构型的基础上, 采用含时密度泛函(TD-B3P86)方法研究了SO₂分子在外电场作用下前9个激发态的激发能、跃迁波长和振子强度. 研究表明: SO₂的几何参数与电场强度大小及方向均有明显的依赖关系. 电场由-0.04 a.u. 变化至0.04 a.u.时, 体系的总能量先增加后减小; 偶极矩先减小后增加; HOMO能级一直减小; LUMO能级先增加后减小; 能隙先增加后减小. 激发态的激发能、跃迁波长和振子强度与电场关联均较为复杂, 说明SO₂的激发特性易受外电场影响.     

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.     

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.     

氯乙烯在外电场下的激发态结构研究

采用密度泛函B3P86方法在6-311G基组上优化了不同外电场作用下氯乙烯分子的基态几何结构、电偶极矩和分子的总能量,然后利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)在相同基组下探讨了无电场时氯乙烯分子前9个激发态的激发能、波长和振子强度和外电场对氯乙烯分子激发态的影响规律.结果表明,分子的几何构型与外电场大小有着强烈的依赖关系.随着外电场的增大,分子总能量先增大后减小,电偶极矩μ先减小后增大.激发能随电场增加快速减小,表明在外电场作用下,氯乙烯分子易于激发和离解.激发态波长随电场的增大而不断增大,且其电子跃迁光谱都集中在紫外区.     

GeTe和GeSe 分子在外电场下的特性研究

对Ge原子采用6-311++G^**基函数,Te和Se原子采用SDB-cc-pVTZ基函数,利用密度泛函理论的局域自旋密度近似方法优化得到了GeTe和GeSe分子的稳定构型,并计算了外电场作用下GeTe和GeSe基态分子的平衡核间距、总能量、最高已占据分子轨道能量E_H、最低未占分子轨道能量E_L、能隙、谐振频率和红外谱强度. 在上述计算的基础上利用单激发组态相互作用-局域自旋密度近似方法研究了GeTe和GeSe分子在外电场下的激发特性. 结果表明:随着正向电场强度的增大,分子核间距逐渐增大,分子总能量逐渐降低,谐振频率逐渐减小,红外谱强度则逐渐增大. 在0-2.0569×10¹⁰ V·m^-1的电场范围内,GeTe分子的E_H 均高于GeSe分子的E_H;随着正向电场的增大,GeTe与GeSe的E_H差逐渐变大,GeTe的E_L低于GeSe的E_L,它们的E_L均随正向电场的增大而增大. 无外场时,GeTe分子的能隙比GeSe分子的能隙要小;在外电场反向增大的过程中, GeTe和GeSe的分子能隙始终减小. 外电场的大小和方向对GeTe和GeSe分子的激发能、振子强度及跃迁的波长均有较大影响. 关键词： GeTe GeSe 外电场 激发态     

外电场作用下C6H6的分子结构及其特性

采用 B3P86方法计算了C6H6在外电场作用下分子系统的能量及分子轨道能级、谐振频率、CH键离解能和极化率等分子特性;通过跃迁矩阵元计算了各激发态的激发能,吸收及自发辐射系数,从而进一步分析了苯分子的外场效应.对于高分子化合物尤其是具有苯环结构的有机高分子化合物的外场作用特性的研究具有参考价值.     

外电场作用下TiO光激发特性研究

利用密度泛函BLYP方法优化得到了TiO分子的稳定构型,并计算了TiO分子基态在外场作用下前线轨道变化情况,然后利用杂化组态相互作用CIS-DFT方法,比较了TiO分子在外电场下的激发特性.结果表明,在一定的电场范围内,随着电场的增大,α轨道的最高占据轨道与最低空轨道能隙逐渐变小,β轨道能隙逐渐变大,同时可跃迁的低激发态跃迁波长随电场的增大而变长,高激发态波长变化相对复杂,且基态跃迁至激发态的耦合强度随外电场的增大而加强.