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.     

AuZn和AuAl分子基态与低激发态的势能函数与热力学性质

用密度泛函理论B3LYP方法计算研究AuZn和AuAl分子基态与低激发态的结构与势能函数,导出分子的光谱数据.结果表明,AuZn和AuAl分子基态分别为X²Σ和X¹Σ,基态与低激发态的势能函数均可用Murrell-Sorbie函数来表达.AuZn分子低激发态a⁴Σ的绝热激发能为43529kJ/mol,AuAl分子低激发态a³Σ的绝热激发能为19991kJ/mol.计算固体AuZn和AuAl的内能和熵时,近似以气体分子的电子能和振动能代替固体分子的内能,用电子熵和振动熵代替固体分子的熵.在此近似下,计算得到AuZn和AuAl基态与低激发态固态分子生成反应热力学性质与温度的关系. 关键词： AuZn和AuAl B3LYP 热力学性质 势能函数     

特丁基对苯二酚的光谱及密度泛函研究

特丁基对苯二酚是重要的食品抗氧化剂.理论上,基于密度泛函理论,采用B3LYP泛函及6-311G(d,p)基组在气相环境下优化分子的结构并进行频率计算.在此基础上,基于含时密度泛函理论,选用SMD(solvation model based on density)溶剂模型,利用B3LYP泛函并结合def2-TZVP基组计算分子在无水乙醇溶剂中的前50个激发态.再通过Multiwfn软件对红外光谱做振动分析并考察分子间相互作用对红外光谱的影响,对紫外光谱做分子轨道和电子空穴分析.实验上,通过KBr压片法,利用傅里叶红外变换光谱仪测定样品红外光谱.采用液相法,以乙醇为溶剂,利用紫外可见分光光度计测定样品紫外光谱.通过对比分析可知,理论光谱与实验光谱总体吻合较好.红外光谱各基团的特征吸收峰都较为明显且较好吻合,特丁基对苯二酚二聚体存在氢键作用,这使得O—H键的强度被削弱,导致吸收频率降低并在3670—3070 cm^-1处出现一个宽峰.紫外光谱主要由基态跃迁至第1,2,6,7激发态形成,最大吸收峰位于200 nm以下,为π→π^*和s→π^*跃迁形成,268.8 nm和221.4 nm处的吸收峰均为n→π^*和π→π^*跃迁形成.由电子空穴图可知,这4个主要激发均为电子局域激发.     

苋菜红分子基态和激发态结构与光谱性质的量子化学研究

应用英国Edinburgh FLS920P光谱仪对苋菜红的吸收光谱和荧光光谱进行了实验检测.同时,分别采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对苋菜红分子的基态和激发态构型进行优化,经振动分析合理后,比较这两种能态下分子结构的差异,并对其前线分子轨道和发光机制进行了分析.在此基础上,选用6种泛函并结合溶剂化模型(PCM)在6-311++G(d,p)水平上分别计算苋菜红的吸收光谱和荧光光谱.计算结果表明:苋菜红含有分子内氢键,基态结构非平面,两个萘环所在平面有一定的夹角,激发态时两个萘环共平面;CAM-B3LYP泛函得到光谱的理论值与实验结果基本吻合;421 nm处的荧光峰值波长对应的轨道跃迁为LUMO→HOMO-1.     

核黄素在不同极性溶剂中的光谱特性研究

实验测得核黄素在水、二甲基亚砜(DMSO)和三氯甲烷三种不同极性溶剂中的稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱,研究了溶剂对核黄素光谱性质的影响。实验结果表明,在不同极性的溶剂中,核黄素的吸收峰位置几乎不变,而荧光光谱峰值随着溶剂极性的增大而出现红移。这是由于溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布导致它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化。在时间分辨荧光光谱实验中,核黄素在水溶液中荧光寿命也高于在其他两种溶剂中,荧光寿命的延长可归因于核黄素与氢键对体溶剂之间的分子间氢键相互作用。应用Gaussian09软件,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论,结合基于密度的溶剂化模型,对不同极性溶剂中的核黄素分子进行基态和激发态优化和计算。通过前线分子轨道分析,核黄素的受激跃迁属于苯环和含氮杂环上的π电子向苯环及C N,C O共轭双键的反键轨道π*的跃迁。分子偶极矩的计算结果表明,核黄素分子的第一激发态偶极矩大于基态偶极矩,偶极矩的增大,导致溶质与溶剂分子之间的相互作用的增大。而溶剂分子与溶质分子基态和激发态的相互作用程度不同,使得吸收峰和荧光峰出现不同变化情况。极性越大的溶剂越有利于对激发态的稳定作用,使激发态能量降低,相应的发射波长发生红移。最后,通过分子表面静电势和弱相互作用分析,在水溶剂中考虑氢键作用对核黄素分子光谱的影响。多聚体结构的理论吸收和发射峰值更接近实验结果,说明多聚体结构合理。水分子二聚体与核黄素形成的环状结构,有利于提高核黄素分子的刚性,有利于荧光的发射,减少非辐射跃迁的几率,荧光寿命延长。     

苋菜红分子基态和激发态结构与光谱性质的量子化学研究

应用英国Edinburgh FLS920P光谱仪对苋菜红的吸收光谱和荧光光谱进行了实验检测．同时,分别采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）对苋菜红分子的基态和激发态构型进行优化,经振动分析合理后,比较这两种能态下分子结构的差异,并对其前线分子轨道和发光机制进行了分析．在此基础上,选用6种泛函并结合溶剂化模型（PCM）在6-311++G(d, p)水平上分别计算苋菜红的吸收光谱和荧光光谱．计算结果表明：苋菜红含有分子内氢键,基态结构非平面,两个萘环所在平面有一定的夹角,激发态时两个萘环共平面;CAM-B3LYP泛函得到光谱的理论值与实验结果基本吻合;421 nm处的荧光峰值波长对应的轨道跃迁为LUMO→HOMO-1．     

稀土夹心双酞菁铽的荧光特性研究

利用稳态荧光光谱和时间分辨光谱方法研究了稀土夹心双酞菁铽衍生物(TbPcPc^*)氯仿溶液的荧光特性,分析了激发波长、溶液浓度对荧光特性的影响。TbPcPc^*氯仿溶液在707nm处有一强的荧光发射峰,它对应于电子从激发态S₁向基态S₀的跃迁。当使用500nm的光激发时,电子吸收能量发生向激发态S₁的跃迁以及到更高能级的混合跃迁,当电子从这些能级再跃迁到基态时主要发射525,707nm的荧光。Tb-PcPc^*氯仿溶液在707nm处的荧光发射峰具有两个衰减过程,短寿命的衰减为分子单体所产生,而长寿命的衰减为聚集体所产生。随着浓度的降低,单体所占比例增加,其对应的寿命组分比例也相应的增加。     

溶剂对香豆素343染料光谱性质和最低激发态偶极矩的影响

通过对香豆素343(C343)在不同溶剂中的稳态吸收光谱、稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱的分析,研究了溶剂对C343的光谱性质的影响,并获得了光谱特性与溶剂极性之间的依赖关系. 吸收光谱峰值的红移随着溶剂极性的增加而发生较小的变化. 然而,荧光光谱的峰值对溶剂的极性却很敏感,并随着溶剂极性参数f(ε,n)的增加呈线性增长. 这是由于C343激发态电荷分布的变化导致了它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化. 用溶剂效应测量法和量子化学计算方法确定了C343最低激发态的偶极矩,这两方法所得的结果一致. C343在不同溶剂中的时间分辨荧光光谱研究表明荧光寿命随着溶剂极性的增加而增加,即从甲苯溶液的3.09 ns线性地增加到水溶液中4.45 ns;荧光寿命延长的根源可归因于C343与氢键给体溶剂之间的分子间氢键相互作用.     

四种对位取代姜黄素类似物荧光光谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)水平下优化了四种姜黄素类似物的几何构型,并通过振动分析验证了其构型稳定性。在此基础上利用单激发组态相互作用方法(CIS)对激发态进行了几何优化,最后通过含时密度泛函(TD-DFT)计算了荧光发射光谱。研究结果表明:四种化合物结构共平面性较好,为一较大共轭体系。随着苯环上羟基和卤素原子的引入,增大了π电子的共轭程度,荧光发射波长变长,荧光光谱均出现不同程度的红移。其中由于羟基是给电子基团,荧光光谱红移现象更明显。四种化合物荧光发射波长大小顺序与其前线区域轨道间隙能量大小顺序吻合,进一步表明间隙能量与荧光发射光谱的相关性。     

层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究

基于不可压Navier-Stokes方程, 采用计算流体力学方法, 数值模拟与分析了层流圆管潜射流在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征, 定量研究了蘑菇形涡结构无量纲射流长度L^*、螺旋型涡环半径R^*及其包络外形长度d^*等几 何特征参数随无量纲时间t^*的变化规律. 数值结果表明, 蘑菇形涡结构的形成与演化过程可分为三个不同的阶段: 启动阶段、发展阶段和衰退阶段. 在启动阶段, L^*和d^*随t^* 线性变化, 而R^*则近似为一个常数; 在发展阶段, 蘑菇形涡结构的演化具有自相似性, L^*, R^*和d^*与t^*1/2均为同一正比关系, 而且雷诺数和无量纲射流时间不影响该正比关系; 在衰退阶段, L^* 和R^* 正比于t^*1/5, 而d^*则近似为一个常数. 此外, 还对蘑菇形涡结构二次回流点、 动量源作用中心及其几何中心的速度变化规律、垂向涡量分布特征和 涡量-流函数关系进行了分析. 关键词： 圆管潜射流 蘑菇形涡结构 演化机理     

取代基对稀土夹心双酞菁铥荧光特性的影响

利用稳态荧光和时间分辨荧光方法研究了三明治型酞菁铥的荧光特性及其浓度、激发波长和取代基对荧光特性的影响。实验发现:3种双酞菁铥的氯仿溶液在700 nm处具有较强的荧光发射,给电子基-OC₈H₁₇的加入使得酞菁大环上π电子的离域性增强,降低了π分子轨道的能级差;同时,烷氧基上非成键电子能够和共轭体系中的π电子相互作用,形成p-π共轭,进一步降低了π-π^*之间的能级差,从而使荧光谱中发射峰的峰位发生红移,峰的强度也有变化。3种酞菁铥化合物在700 nm左右的荧光具有两个寿命,分别为单体和聚集体产生的,随着浓度的降低,单体成分逐渐增多。     

Spectroscopic study of BixEu1−xVO4 and BiyGd1−yVO4 mixed oxides

The mixed oxides Bi_xEu_1−xVO₄ and Bi_yGd_1−yVO₄ crystallize in a zircon-type structure, for 0 <x < 0.6 and 0 < y < 0.64, and in a fergusonite-type structure, for 0.94 < x < 1 and 0.93 < y < 1. A process of competition between the dominant and the constrained effects of the lone-pair 6s² of Bi³⁺ is discussed. The diffuse reflectance spectroscopic studies of these mixed oxides are presented. The observed broad bands are attributed to charge transfer processes and the sharp peaks in the Bi_xEu_1−xVO₄ spectra are ascribed to intra-configurational 4f – 4ftransitions of the Eu³⁺ ion. The broad absorption shift in BiLnVO₄ (Ln : Eu and Gd) compounds to the longer wavelengths range, when Bi is introduced in the LnVO₄ lattice, is ascribed to charge transfer processes in a Bi-VO₄ center and are interpreted assuming a Jahn-Teller effect in the excited state of Bi³⁺. The concept of an internal pressure of Bi³⁺ ions is also used to explain the broad A-band shifts.     

基于密度泛函的甲醇和乙醇荧光特性研究

使用英国爱丁堡FLS920P荧光光谱仪,对甲醇、乙醇的紫外吸收光谱和荧光光谱进行实验检测,得到二者的光谱特征参数。分别采用密度泛函理论(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)对二者分子的基态和激发态结构进行优化,并比较两种分子在不同能态下的差异。应用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函结合极化连续介质模型(PCM)在6-31++G(d, p)水平上分别计算了二者的紫外吸收光谱和荧光光谱,与实验结果吻合。分析了甲醇、乙醇荧光产生机理,同时分析了不同泛函对于计算光谱的影响。结果表明：甲醇、乙醇在紫外波段有微弱吸收,在紫外激发下能产生拉曼峰和微弱的荧光峰。甲醇、乙醇的吸收光谱是由里德堡激发产生,产生荧光的轨道跃迁为σ*→π*。泛函OLYP能够较好地重现实验吸收能,而泛函MPWK能够较好地重现实验发射能,并且发现不同的纯泛函计算跃迁能也具有差异性。结果可为醇类分子的分子特性研究提供参考。     

Ferromagnetic resonance in Sr doped rare earth orthocobaltites, Ln1−xSrxCoO3†

FMR measurements have been carried out on several members of the Ln_1−xSrxCoO₃ (Ln = Rare earth) system. The results show that g_eff in these systems is around 1.25 independent of x as well as the rare earth ion. It is suggested that this unusual value of g_eff is due to the localized intermediate-spin Co³⁺ ions (t⁵_2g e¹_g) located at the top of the π^* band.     

4-苯乙炔-1,8-萘酰亚胺荧光化合物的合成及电致发光性能

采用Pd(PPh₃)₂Cl₂-CuI为催化剂,Ph₃P为配体,4-溴-1,8-萘二酸酐为原料,在乙醇溶液中高收率地合成了4-苯乙炔-1,8-萘酰亚胺和4-对甲基苯乙炔-1,8-萘酰亚胺荧光新化合物。光谱研究表明,它们的最大紫外吸收波长(λ_UV,max)分别为374,380 nm,最大荧光发射波长(λ_FL,max)分别为446,462 nm,且有较高的荧光量子效率。电致发光性能测试表明,器件的最大发光亮度达到2250 cd/m²,是一类有潜在应用价值的小分子发光材料。     

镁基合金自由枝晶生长的相场模拟研究

利用定量相场模型, 以Mg-0.5 wt.%Al合金为例模拟了基面((0001)面)内镁基合金的等温自由枝晶生长过程. 通过研究该合金体系数值模拟的收敛性, 获得了最优化值耦合参数λ = 5.5及网格宽度Δx/W₀ = 0.4, 并在该参数下系统研究了各向异性强度和过饱和度对枝晶尖端生长速度、尖端曲率半径、Péclet数及稳定性常数σ^* 的影响. 结果表明, 由微观可解性理论得到的稳定性系数σ^* 与ε₆ 拟合值σ^*≅ ε₆ ^1.81905, 更接近理想值σ ^* (ε₆) ≅ε₆ ^1.75. 此外, 当过饱和度Ω < 0.6时, 稳定性系数σ ^* 不随ε₆ 的变化而变化, 而当Ω > 0.6时, 稳定性系数σ ^* 随着ε₆ 的增加而减小. 这反映了枝晶的生长由扩散控制向动力学控制的转变. 随着过饱和度的增加, 枝晶形貌由雪花状枝晶向圆状枝晶转变.     

白光发光二级管用红色荧光粉LiSrBO3: Eu3+的制备与发光性能研究

采用高温固相法制备了LiSrBO₃:xEu³⁺ 荧光粉, 并通过XRD, 红外(FITR) 和荧光光谱(PL) 等对其表征. 结果表明, LiSrBO₃: Eu³⁺ 荧光粉可被波长为395 nm 的紫外线和466 nm 的蓝光有效激发, 且发射主波长为612 nm (Eu³⁺的电偶极跃迁⁵D₀ →⁷F₂) 的红光. 研究了Eu³⁺ 掺杂浓度对LiSrBO₃: Eu³⁺ 材料发光强度的影响, Eu³⁺ 掺杂浓度为6% 时样品的发射强度最大, 并且证实Eu³⁺ 之间的能量传递机制为电偶极子- 电偶极子相互作用. Li⁺, Na⁺, K⁺ 作为电荷补偿剂的引入全部导致LiSrBO₃: Eu³⁺ 材料发射强度增强, 其中, Li⁺ 的引入要优于Na⁺ 和K⁺. 少量Al³⁺的掺杂降低了Eu³⁺ 所处格位的对称性, 增强了Eu³⁺ 的612 nm 的电偶极发射, 改善了LiSrBO₃: Eu³⁺ 红色材料的色纯度. 关键词： 白光发光二级管 光致发光 浓度猝灭 电荷补偿剂     

CoFe2O4纳米颗粒的结构、磁性以及离子迁移

聚乙烯醇(PVA)溶胶凝胶法制备出CoFe₂O₄纳米微粉，用X射线衍射研究了铁氧体纳米颗粒的结构.测量了CoFe₂O₄纳米颗粒80—873 K的变温穆斯堡尔谱，发现纳米颗粒的磁转变温度范围为793—813 K，比块体材料的磁性转变温度要低.CoFe₂O₄纳米颗粒的德拜温度θ_A=674 K，θ_B=243 K，比块体材料要小.CoFe₂O₄纳米颗粒超精细场H_f随温度的变化符合T^3/2+T^5/2定理.当温度较高时，平均同质异能移IS随温度的升高而减小，并呈线性关系. 关键词： 纳米颗粒 磁性 穆斯堡尔谱     

波动方程辛算法的迭代求解

对(∂²)/(∂x²)利用中心差商算子,对expt作对角Padé逼近,由波动偏微分方程可得到两类具有O(Δx²+Δt^2l)和O(Δx⁴+Δt^2l)精度的辛格式.对由此类辛格式产生的线性方程组构造了两种迭代解法,并对l=1,2,3,4给出了它们的收敛条件.并进行了数值实验.