基于密度泛函理论的叶绿素A性质的研究

在液相环境中,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TD-DFT)、Multiwfn波函数分析软件,在pbepbe/6-311g(d)基组水平上,计算并分析了叶绿素A的结构、紫外光谱和电子—空穴分布,结果表明:pbepbe/6-311g(d)方法是计算叶绿素A紫外吸收光谱更精确的方法;叶绿素A分子的吡咯环与取代基相互作用的过程中,吡咯环Ⅳ受侧链"尾巴"的影响最大;理论计算的紫外光谱与实验数据吻合较好,其中635.71 nm和446.87 nm处的两个吸收峰可认为是叶绿素A的特征吸收峰;侧链或取代基团在叶绿素A激发过程中是给电子体,卟啉"头"既是电子供体,也是电子受体.     

2-(2,5-二羟苯基)四苯基卟啉及其金属配合物的合成与表征

对苯二酚与 2 硝基 5 ,10 ,15 ,2 0 四苯基卟啉 1及其铜 (Ⅱ ) 2、镍 (Ⅱ ) 3、锌 (Ⅱ ) 4等金属配合物直接加热反应 ,分别制得 2 (2 ,5 二羟苯基 )四苯基卟啉 1′(81% )及相应金属配合物 2′(71% ) ,3′(6 1% ) ,4′(40 % )。它们的结构由IR ,MS ,UV及1 HNMR ,2D NMR等确定。发现对苯二酚通过碳 碳键与卟啉的吡咯环直接相连 ,氢醌与卟啉环趋于共平面 ,其中一个羟基位于卟啉环的去屏蔽区 ,H原子的核磁位移向低场移动 (δ =7 5 2 ) ,另一个则处于中位苯环的屏蔽区 ,H原子的核磁位移为δ =4 18;氢醌环上的质子也表现出不同的核磁位移 ,其中 6位上H的位移值为δ =4 93,明显向高场位移。     

在Au(111)表面酞菁单分子与钴原子可控金属化反应（英文）

本文利用低温扫描隧道显微术和第一性原理计算研究了吸附在Au(111)表面的酞菁分子(_H2Pc)与Co原子在单分子水平上的金属化反应过程.通过扫描探针的操纵手段,以可控的方式原位实现了单个H2Pc分子与钴原子反应生成CoPc的金属化酞菁产物,揭示出源于H_2Pc和Co原子的π-d相互作用的中间过程.结合第一性原理计算和中间产物的图像模拟,进一步阐明了这一氧化还原反应中成键和断键的关键机制,即脱氢和金属化过程并非由Co原子和吡咯环的H作用所致,而与Co原子和吡咯环上的N原子之间的作用有关.     

在Au(111)表面酞菁单分子与钴原子可控金属化反应

本文利用低温扫描隧道显微术和第一性原理计算研究了吸附在Au(111)表面的酞菁分子(H₂Pc)与Co原子在单分子水平上的金属化反应过程. 通过扫描探针的操纵手段,以可控的方式原位实现了单个H₂Pc分子与钴原子反应生成CoPc的金属化酞菁产物,揭示出源于H₂Pc和Co原子的π-d相互作用的中间过程. 结合第一性原理计算和中间产物的图像模拟,进一步阐明了这一氧化还原反应中成键和断键的关键机制,即脱氢和金属化过程并非由Co原子和吡咯环的H作用所致,而与Co原子和吡咯环上的N原子之间的作用有关.     

奥拉西坦的核磁共振波谱特征与构象研究

奥拉西坦是一种改善脑功能药物. 该文研究了该药的核磁共振波谱特征和构象. 吡咯环的各项异性效应使侧链亚甲基的质子的磁不等价. 由于吡咯环内酰胺键的部分双键性质,观测到了远程耦合现象. 信封式构象为吡咯环的优势构象. 同时研究了环外侧链上的酰胺键的受阻旋转.     

一锅法合成四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯空穴传输材料及其在无掺杂倒置钙钛矿太阳电池的应用（英文）

本文采用一锅法合成了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯有机空穴输运材料(D41、D42、D43和D44),制备出无掺杂的倒置型平面钙钛矿太阳电池.材料D41的芳环上含有甲基,具有供体-π-给体-π-供体结构;而D42、D43和D44具有受体-π-给体-π-受体结构,其中,芳环上分别含有氰基、氟和三氟甲基.研究表明,芳环上取代基对其分子表面电荷分布和空穴输运层薄膜形貌有显著影响,钙钛矿晶体颗粒的大小与空穴输运材料分子结构有关,含有氰基的材料D42最有利于形成较大的钙钛矿晶粒,这主要是由于吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有丰富的电子性质的缘故.D42制备的倒置型平面钙钛矿太阳电池光电转换效率为17.3%,在黑暗条件下22天后,仍保留了初始效率的55%.吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有良好的给电子特性,可作为高效钙钛矿薄膜的空穴传输材料.     

一锅法合成四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯空穴传输材料及其在无掺杂倒置钙钛矿太阳电池的应用

本文采用一锅法合成了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯有机空穴输运材料(D41、D42、D43和D44),制备出无掺杂的倒置型平面钙钛矿太阳电池. 材料D41的芳环上含有甲基,具有供体-π-给体-π-供体结构;而D42、D43和D44具有受体-π-给体-π-受体结构,其中,芳环上分别含有氰基、氟和三氟甲基. 研究表明,芳环上取代基对其分子表面电荷分布和空穴输运层薄膜形貌有显著影响,钙钛矿晶体颗粒的大小与空穴输运材料分子结构有关,含有氰基的材料D42最有利于形成较大的钙钛矿晶粒,这主要是由于吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有丰富的电子性质的缘故. D42制备的倒置型平面钙钛矿太阳电池光电转换效率为17.3%,在黑暗条件下22天后,仍保留了初始效率的55%. 吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有良好的给电子特性,可作为高效钙钛矿薄膜的空穴传输材料.     

1,3-取代方酸衍生物非线性光学性质的从头算和半经验方法的比较研究

利用从头算HF方法在6 31G 基组水平下,全优化计算了1,3 取代方酸衍生物体系Sq1～Sq12的分子 几何和优化构型下的电子结构.以优化后的构型为基础,应用CIS/6 31G 方法计算了电子光谱.同时应用从头算 CPHF/6 31G 方法和半经验FF/AM1、FF/PM3、FF/MNDO有限场方法计算了分子的二阶非线性光学系数,并对 这四种计算方法的结果进行了系统的比较.结果表明,1,3 取代方酸衍生物的二阶非线性光学系数(β0)受五员 杂环的影响较大,引入吡咯、噻唑和口恶唑五员杂环能提高其β0,含两个杂原子的五员环与方酸碳四员环相连的位 置对β0也有很大的影响.     

铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理

联苯烯单层由碳原子的四元、六元和八元环组成,具有与石墨烯相似的单原子层结构.2021年5月,Science首次报道了该材料的实验合成,引起了科研工作者的极大关注.基于第一性原理的密度泛函方法,研究了铁原子在联苯烯单层的吸附构型并分析了其电子结构.结构优化、吸附能和分子动力学的计算表明,联苯烯单层的四元环空位是铁原子最稳定的吸附位点,吸附能可达1.56 eV.电子态密度计算表明铁3d电子与碳的2p电子有较强的轨道杂化,同时电荷转移计算显示铁原子向近邻碳原子转移的电荷约为0.73个电子,说明联苯烯单层与吸附的铁原子之间形成了稳定的化学键.另外,铁原子吸附于联苯烯单层后体系显磁性,铁原子上局域磁矩大小约为1.81μB,方向指向面外.因此,本文确认了联苯烯单层是比石墨烯更好的铁原子吸附载体且体系有磁性,这为研究吸附材料的电磁、输运、催化等特性提供了新的平台.     

吲哚染料的电荷转移和能量转移：应用于无金属的染料敏感太阳能电池

对于应用于无金属染料敏感太阳能电池的吲哚染料用量子化学方法进行研究．对比研究吲哚染料的基态和激发态性质,揭示了随着绕丹宁环数目的增加,HOMO和LUMO的能量差减少,吸收光谱红移,但是束缚能增加,跃迁偶极矩减少;依据电荷差分密度,电荷和能量从苯乙烯转移到吲哚环和绕丹宁;电子空穴相干性主要表现在吲哚环和绕丹宁环,对于吲哚染料系统,存在一个绕丹宁环的体系的激子数目为30个原子,带有两个绕丹宁环的体系激子数目有40个原子．理论计算结果可以应用于无金属的染料敏感太阳能电池的吲哚染料的计算机辅助设计中．     

基于腔QED制备W纠缠态

利用一个三能级原子与四个腔场之间相互作用研究双光子四粒子体系W态的制备,通过合适选择原子与腔场之间的相互作用时间可以获得该态的最大保真度以及成功几率     

双波场共振泵浦的四能级原子系统

本文运用Dressed原子态方法;把四能级原子与两个激光场和一个探测场的相互作用转化为四能级原子与一个弱探测吸收场的相互作用,然后采用微扰理论求解Dressed原子表象中的密度矩阵方程,得出吸收谱的解析表达式,并详细讨论了吸收谱的各种持性.最后,导出了由外场感应的能级间的电偶极矩表达式,并找出了吸收谱与它的关系.     

FT-IR、XPS和DFT研究乙酰氧肟酸钠在针铁矿或赤铁矿表面的吸附机理

采用FT-IR、X射线光电子能谱以及基于周期平面波的DFT方法分别研究了乙酰氧肟酸钠(aHA)在针铁矿或赤铁矿表面上的吸附结构,并将计算得到的光电子能谱移动和电荷转移实验得到的XPS结果进行对比.红外结果显示aHA可能以五元环螯合物形式吸附于针铁矿或赤铁矿表面,DFT计算结果表明aHA中氧肟酸基团的两个氧原子与针铁矿(101)或(100)表面上的一个铁原子形成五元环结构,同时氧肟酸基团中的两个氧还相应的与针铁矿表面邻近两个铁原子成键,但氧肟酸基团中的两个氧原子却只与赤铁矿(001)表面上的一个铁原子形成五元环结构.对于针铁矿(101)、(100)和赤铁矿(001)表面上吸附位点对应的铁原子,计算得到的光电子能谱移动与实验得到的光电子能谱移动基本相等,说明了计算结果的可靠性和所得吸附结构的合理性.     

苝四甲酸二酐的真空升华提纯及其光谱测试与分析

纯度为9.75%的有机半导体材料苝四甲酸二酐(PTCDA),在其升华点进行了真空升华提纯,其纯度可达99.9%。利用质谱、红外光谱及X光电子能谱对这种高纯材料进行了测试并详细分析了其分子结构、化学键的形成、原子在晶格平衡位置的振动模式、电子的组态和原子的结合能的变化。由红外光谱分析得出,苝四甲酸二酐的分子结构是中央5个C构所组成的苝核基团及位于苝核两端的两个酸酐组成,它们主要以共价键结合。晶格上的C原子在其平衡位置主要以伸缩振动为主。其分子中有大量可以自由移动的π电子;分子间离域大π键的交叠决定了苝四甲酸二酐的导电性能。由XPS谱分析得出,高纯度的苝四甲酸二酐中有结合能不同的两种C原子,结合能分别为：285.3和288.7 eV。它们对应于苝环及酸酐上的C原子。另外,有两种类型的O原子,即CO和C—O—C,其结合能分别为531.3和533.1 eV。     

吡唑联吡咯类化合物结构和活性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了10种吡唑联吡咯类化合物的结构、化学活性和前线轨道.结果表明:此类化合物的能隙Eg大部分都在3.50~4.20e V之间,其中在吡咯环3位取代三氟甲基,或是在吡咯环5位取代4-甲苯氧基,化合物的能隙变宽.通过比较还发现,吡唑联吡咯类化合物对水稻纹枯菌(Rhizoctonia solani bacteria)的杀菌活性比2,3-二取代喹唑啉-4(3H)-酮化合物和哌啶并噻吩并嘧啶酮衍生物对水稻纹枯菌的杀菌活性都差.     

单原子分子测控的进展

单原子分子测控是近年来发展起来的实验技术,其操作对象是单个的原子或分子。完整的单原子分子测控包含了对单原子分子的成像、识别、操纵和组合分解四个方面。本分别对这四个方面进行了系统综述,介绍了国内外相关技术的发展和现状,并对其未来做了展望。     

绿色植被红边特征的研究

通过系统分析绿色植被在紫外可见波段光谱的产生机理,得出绿峰和红边是由叶绿素产生的。从叶绿素的结构上看,它属于卟啉类化合物,为了进一步探究红边产生的机理,合成了四苯基卟啉、四(4-甲氧基苯基)卟啉、四(4-磺酸钠苯基)卟啉、四吡啶基卟啉、四甲基卟啉、四(4-甲氧基苯基)卟啉合锌和四(4-甲氧基苯基)卟啉合铜,并采用紫外可见光谱、红外及核磁进行表征。通过对其紫外可见光谱的系统分析,提出“红边”不仅限于叶绿素,而是卟啉类化合物特有的光谱特征,红边是由卟啉环a_2u(π)-e_g(π*) 跃迁产生的Q带所致。其位置不仅与卟啉的浓度相关,与卟啉化合物外侧取代基类型也有关系,金属卟啉对红边的位置影响较大。     

单原子分子测控的进展

单原子分子测控是近年来发展起来的实验技术 ,其操作对象是单个的原子或分子。完整的单原子分子测控包含了对单原子分子的成像、识别、操纵和组合分解四个方面。本文分别对这四个方面进行了系统综述 ,介绍了国内外相关技术的发展和现状 ,并对其未来做了展望     

绿色植被红边特征的研究（英文）

通过系统分析绿色植被在紫外可见波段光谱的产生机理,得出绿峰和红边是由叶绿素产生的。从叶绿素的结构上看,它属于卟啉类化合物,为了进一步探究红边产生的机理,合成了四苯基卟啉、四(4-甲氧基苯基)卟啉、四(4-磺酸钠苯基)卟啉、四吡啶基卟啉、四甲基卟啉、四(4-甲氧基苯基)卟啉合锌和四(4-甲氧基苯基)卟啉合铜,并采用紫外可见光谱、红外及核磁进行表征。通过对其紫外可见光谱的系统分析,提出"红边"不仅限于叶绿素,而是卟啉类化合物特有的光谱特征,红边是由卟啉环a2u(π)-eg(π*)跃迁产生的Q带所致。其位置不仅与卟啉的浓度相关,与卟啉化合物外侧取代基类型也有关系,金属卟啉对红边的位置影响较大。     

基于腔QED制备W纠缠态（英文）

本文基于腔QED提出了一种制备双光子四粒子体系W纠缠态的新方案.该方案通过双光子过程,利用一个三能级原子与四个腔场发生非共振相互作用制备出具有最大保真度的W纠缠态.要求四个腔场最初处于真空态,原子最初处于激发态,通过合适选择原子与腔场之间的相互作用时间可以获得该态的最大保真度以及成功几率.并且通过讨论表明该方案具有一定的实验可行性.