丙烯酸分子的激发态超快预解离动力学

利用飞秒泵浦-探测技术结合飞行时间质谱(TOF-MS),研究了丙烯酸分子被200nm泵浦光激发到第二电子激发态(S2)后的超快预解离动力学.采集了母体离子和碎片离子的时间分辨质谱信号,并利用动力学方程对时间分辨离子质谱信号进行拟合和分析,揭示了预解离通道的存在.布居在S2激发态的分子通过快速的内转换弛豫到第一电子激发态(S1),时间常数为210fs,随后再经内转换从S1态弛豫到基态(S0)的高振动态,时间常数为1.49ps.分子最终在基态高振动态势能面上发生C-C键和C-O键的断裂,分别解离生成H2C=CH和HOCO、H2C=CHCO和OH中性碎片,对应的预解离时间常数分别约为4和3ps.碎片离子的产生有两个途径,分别来自于母体离子的解离和基态高振动态势能面上中性碎片的电离.     

光化学中的离子型反应机理

光化学反应机理模式的概述光化学是研究电子重新分布的所谓电子激发态分子反应的。光化学反应是与同时发生的物理现象,即光物理,例如,光的辐射和吸收、热量的变化等密切相关。现代光化学反应机理的研究发展了化学反应性及结构理论的基本概念。这使实验化学家们可以用描述基态反应中电子移动方     

胶束溶液中的荧光和磷光现象——有前途的痕量分析新领域

物质分子吸收光能受激后,分子的价电子产生跃迁,受激电子通常先经过一个非辐射过程,然后再从第一电子激发单重态(S_1)的最低振动能层向基态各振动能层跃迁,同时以光能形式发射出能量得荧光;若先经系间跨越(电子自旋方向改变)转入三重态电子第一激发态(T_1),再向基态各振动能层跃迁,则得磷光。一定浓度条件下,用于定量分析的荧光和磷光强度公式具类似形式: F=k_fφ_fI_0εbc(1) 和F=k_pφ_pI_0εbc(2)式中F,P分别为荧光、磷光相对强度;φ_f,φ_p,为荧光、磷光的量子效率;K_f与k_p分别为与仪器有关的常     

面向有机光电材料的电子激发态结构与过程的计算方法

共轭聚合物与有机分子材料中的电子激发结构与过程决定了材料的光电功能：根据Kasha规则,低能级激发态的排序决定能否发光;最低激发态至基态的辐射跃迁与无辐射跃迁之间的竞争决定了发光效率,后者主要由非绝热耦合（声子作用）决定;电荷激发态载体的传输由电子分布与振动耦合或杂质和无序的散射弛豫过程决定．本文针对有机功能材料的发光性能,介绍两种理论方法的研究进展,即可用于计算共轭聚合物激发态结构的量子化学密度矩阵重整化群方法和计算发光效率的多模耦合无辐射跃迁速率方法．这些方法被应用于有机功能材料的性能预测和分子设计中．     

[2,3]σ键迁移重排立体选择性的Huckel-Hubbard理论研究

本文提出一种确定Huckel-Hubbard(H-H)参数的方法,并将H-H 理论首次推广用于Witting重排,硫叶立德重排,烯丙基亚砜重排等[2,3]σ键迁移重排反应的研究.我们考虑协同机理,构造了Huckel和Mobius 两种不同反应途径的基态和低激发态势能面,详细讨论了热反应和光化学反应的立体选择性和反应的活化能     

臭氧分子在激光场中的多光子激发

采用二次量子化方法和酉变换讨论了O3分子在激光场中的多光子激发.推导出了O3分子的振动Hamiltonian 算子、从基态到各激发态的跃迁几率公式,以及O3分子从激光场中吸收的光子数公式,并分析了计算结果.这包括对O3分子伸缩振动能谱的计算及与实验结果的比较,跃迁几率随外场频率的变化、随时间的变化,以及O3分子在辐射场中的能量吸收情况(取光场强度为5×10-2 W/cm2).建立讨论所有具有C2v对称分子从基态到第四激发态以下各态多光子激发问题的模型.     

外电场对甲醛分子的结构与电子光谱的影响

采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上,计算了不同外加电场(-8.22×10~9~8.22×10~9 V/m)下甲醛分子基态稳定构型、分子键长、电荷分布、能级分布、能隙、红外光谱、拉曼光谱和分子的总能量.在此基础上利用TDDFT/B3LYP/6-311++G(d,p)方法研究了甲醛分子由基态跃迁到前25个激发态的激发能E、谐振强度f、吸收波长λ受外电场的影响.结果表明:随着C=O连线方向外电场的增加,C=O键键长、氢原子电荷、偶极矩和能隙递增;C—H键键长、C,O原子电荷递减,总能量降低.振动频率与红外强度及拉曼强度由于不同振动有不同变化.甲醛分子UV-Vis光谱随外电场的增加,不同的吸收峰发生了不同程度的蓝移或者红移;外电场对甲醛分子的激发能、谐振强度和吸收波长的强度有一定影响,但随电场变化比较复杂.     

分子激发态非绝热动力学的理论模拟

<正>光诱导反应过程是今天物理化学研究的中心问题之一。光吸收导致分子跃迁到电子激发态,发生一系列复杂的光诱导反应,如荧光、磷光、电子和能量转移、光化学反应等。当分子体系处于激发态上时,伴随着原子核的运动,不同电子态之间可能会出现势能面交叉。在交叉区域体系会从一个电子态"跳跃"到另外一个电子态,发生非绝热跃迁~(1,2)。该过程广泛的存在于自然界中。从简单的     

CH2=CCIFhv→·CH=CCIF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CCIFhv→·CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C-H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物·CH=CCIF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C-Cl键或是C-F键.     

硝基烃光异构化反应的密度泛函理论计算

采用DFT(B3LYP)计算方法, 在6-31G*水平上获得了反式-β-硝基苯乙烯、硝基乙烯和硝基甲烷基态异构化反应时的过渡态分子结构, 并计算了异构化能垒及激发态电子跃迁能. 结果显示, 反式-β-硝基苯乙烯和硝基苯与硝基甲烷相比具有较短的过渡态C—N键长, 较低的异构化能垒, 并且随着不饱和度的增加, 硝基苯和反式-β-硝基苯乙烯电子垂直跃迁能与基态异构化反应过渡态之间能量的差值ΔE迅速减小. 从能量的角度分析, 取代基的不饱和度越大, 越有利于激发态势能面与异构化反应势能面发生锥型或漏斗交叉, 因而越有利于光化学反应沿光异构化通道进行. 激发态分子的初始电子运动的定域或离域特征的差别可能是导致硝基苯等硝基芳烃与硝基甲烷等硝基烷烃光解通道不同的一个重要原因.     

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.     

2-(2-巯苯基)苯并噁唑分子内质子转移取代基电子效应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)和TDB3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上研究了2-(2-巯苯基)苯并噁唑及其衍生物基态和激发态分子内质子转移现象,并探讨取代基电子效应对分子内质子转移的影响,研究结果表明,在基态时,硫醇式异构体为优势构象,供电子取代基使基态分子内正向质子转移能垒(烯醇式→酮式)升高;而吸电子取代基则可降低能垒,有利于基态分子内质子转移并有助于硫酮式异构体的稳定.在激发态时,硫酮式结构为优势构象,所研究的2-(2-巯苯基)苯并噁唑化合物及衍生物均可以发生无能垒或低能垒(≤1.5kJ/mol)的激发态分子内质子转移.巯苯基部分是激发态失活的主要活性部分,供电子基团有利于激发态的质子转移,吸电子基团使激发态跃迁困难,不利于激发态的质子转移.     

二氧化钛分子电致发光激发特性研究

采用密度泛函B3P86方法优化得到了沿分子平面不同外电场作用下TiO₂分子的基态稳定构型, 在优化构型下利用杂化CIS (CI-Singles)-B3P86方法在6-311＋G*基组水平上, 研究了不同外电场下TiO₂分子前六个激发态的激发能和跃迁波长等激发特性. 研究结果表明, TiO₂分子多个激发态满足偶极跃迁定则, 跃迁光谱对应多个峰值, 在分子水平上, 可以增大利用太阳光的比例. 在外电场作用下, 能隙随电场的增大而减小, 电子易从最高占据轨道跃迁到最低空轨道形成空穴, 各个激发态跃迁波长均有随电场增大发生红移的趋势, 最长589 nm, 因而利用外电场可以控制材料的发光光谱范围在可见光区域扩展.     

蛋白质分子的能带理论与激发能的传递

1.用分子轨道法,并考虑单肽分子内部电子“供给”和“接受”基团的相互作用,计算基态和激发态的能极。确定单肽分子处于基态时,C—N键混杂有π-键。还确定波长为195毫微米的吸收光谱是分子内部“电荷迁移”吸收光谱。 2.用能带模型研究蛋白质分子π电子系统的状态。单肽基态和激发态的能级分别扩展为满带和导带,带宽用紧束缚近似计算。由理論计算得的禁带宽度(5.3电子伏特)和实验(5.2电子伏特)符合。还证明π电子集体能极的形成,非定域电子的产生和激发态能量的传递与蛋白质分子中的氢键及其规整结构有关。得到的结果和蛋白质分子的螢光及电子顺磁共振谱相符合。     

CH_2=CClF→(hv) ·CH=CClF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CClF?h?v→?CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物?CH=CClF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

C2F5I分子C-I键解离的自旋-轨道从头算研究

采用考虑相对论效应的6-311G**全电子基组与多参考微扰理论, 计算了该分子的包含自旋-轨道耦合效应的垂直激发能和基态、激发态C—I键解离势能曲线. 理论计算发现, 势能曲线33A'与11A', 21A'出现交叉, 交叉区域在C—I键长为0.241 nm附近; 基态11A'到激发态33A'(3Q0)的垂直激发能为4.658 eV, 与实验值4.662 eV非常吻合. 讨论了C2F5I分子作为碘激光介质的可行性.     

N2(OH)2光致异构化机理

偶氮化合物 ,如偶氮芳烃、偶氮冠醚、偶氮环糊精等作为有机光化学开关分子具有重要的应用价值 ,已引起了人们的广泛重视[1] 。这类分子作为光化学开关的基本原理是反式的偶氮化合物在光照射下异构化为顺式构型 ,如下图所示 :长期以来 ,人们对该反应的机理持有两种不同看法[2 ,3] :一是分子平面内按角旋转机制 ,二是绕Ｎ =Ｎ键旋转的二面角机制。前者受氮上孤对电子的“阻碍” ,而后者将破坏共轭双键 ,显然两种机制在基态都很难发生 ,而如果光激发后发生ｎ→π 或π→π 跃迁 ,则两种机制均有可能发生。本文用量子化学从头算方法研究基态和激…     

溶剂化变色法测定有机分子β的若干问题

溶剂化变色法是测定有机分子超极化率．的一种半定量方法,已为许多实验室采用并取得了较好的结果．它的理论依据是描述有机分子产值的双能级模型【小式中：P。、11。分别为分子的基态和激发态偶极矩,。e。和11e。则分别为基态和激发态的跃迁频率和跃迁偶极矩．这包括三个方面     

空心酞菁光物理性质的取代基效应

合成了一系列可溶性的2，9，16，23-四取代的空心酞菁，并研究了其光物理性质，实验表明，烷基、烷氧基、芳氧基取代空心酞菁的最低电子跃迁能和最低激发单重态能量与Hammett间位取代基常数线性相关．而强吸电子基如硝基和强给电子基如氨基取代则会诱导分子内电荷转移和使酞菁聚集，导致吸收光谱畸变和激发态量子产率下降．但取代基对酞菁的振动能级没有影响．     

I2-环己烯复合物的共振拉曼光谱和密度泛函理论计算研究

实验得到I2-环己烯电荷转移复合物的电子吸收光谱和共振拉曼光谱.用密度泛函方法计算了复合物的基态结构、振动频率和电子跃迁能.计算和吸收光谱实验结果表明,I2-烯烃复合物在约300nm处的强吸收带为pz(I17)→π*(C=C)跃迁,即由靠近C=C双键端的碘原子(I17)上的一个pz电子向C=C双键反键轨道跃迁引起的吸收.在约300nm共振拉曼光谱的强度模式表现为I—I伸缩振动模和C=C伸缩振动模的基频、泛频及其组合频,表明在该激发态上I2-环己烯复合物经历了显著的I—I和C=C的价键变化.