β-胡萝卜素分子的黄琨因子的温度特性

β-胡萝卜素具有光采集、光防护功能, 又是重要的光电材料, 它在外场下的分子结构和性能变化既有理论意义也有应用价值。测量了β-胡萝卜素在环己醇中68～26 ℃温度范围内的紫外-可见吸收、拉曼光谱。实验结果表明随着温度的降低, 黄琨因子和碳碳键每个振动模的电子-声子耦合常数减小, 紫外-可见吸收光谱红移, 碳碳键拉曼散射截面增加。用线性链状多烯分子的“相干弱阻尼电子-晶格振动模型”、“有效共轭长度模型”等理论给予了解释。随着温度的降低,β-胡萝卜素分子的热无序减小,分子结构有序性增加,π电子离域扩展,有效共轭长度增加,导致紫外-可见吸收光谱红移和强的拉曼活性。相干弱阻尼电子-晶格振动增强,使碳碳键拉曼散射截面增加。引用带有量纲的电子-声子相互作用常数,既可以与黄昆因子建立关系式,计算出碳碳键每个振动模的数值,也可以表征分子的有效共轭长度,π电子离域程度及拉曼散射截面的大小等。     

溶液相变对β胡萝卜素分子构型变化特征能的影响

由于β胡萝卜素分子具有光敏感的特性,同时也具有光采集、光防护功能, 是重要的光电材料, 所以在光器件和光控温方面有重要应用。线性多烯分子的共振拉曼光谱是π电子能隙对碳碳键振动调制的结果,这种调制作用与外场有关,研究其在外场下的分子结构和性能变化既有理论意义也有应用价值。测量了β胡萝卜素分子在环己醇中341～275 K温度范围内的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱。实验结果表明随着温度的降低, 黄琨因子和碳碳键的每个振动模的电子-声子耦合常数减小, 紫外-可见吸收光谱红移, 碳碳键拉曼散射截面增加。295 K时溶液从液相转为固相,溶液相变后,β胡萝卜素分子的构型变化特征能ε变大,且使固相中的黄琨因子、紫外-可见吸收峰波长、电子-振动耦合系数、拉曼散射截面都随着温度的降低变化率增加。固相中的黄琨因子比液相中的黄琨因子大一个数量级。液相中的构型变化特征能为ε_ａ=0.206 7 eV,固相中的构型变化特征能为ε_b=0.559 6 eV, 构型变化特征能增加,使有效共轭长度n(T)＝n₀exp(ε/kT)随温度的降低而增加的速率变大;导致π电子能隙减小加快,电子能隙对β胡萝卜素分子碳碳键振动的调制作用增强,电子振动耦合系数增加,拉曼散射截面大幅增加。     

温度对β胡萝卜素结构有序的影响

本文测量了全反式β胡萝卜素在二甲基亚砜中81–25 ℃ 范围的紫外–可见吸收和拉曼光谱. 结果表明, 随温度降低, 紫外–可见吸收光谱、拉曼光谱都发生红移, 拉曼光谱线型变窄, 散射截面增加这些现象的发生是由于随温度降低, β胡萝卜素分子的热无序降低、分子结构有序性增加、π电子离域扩展, 有效共轭长度增加, 分子的电子能隙变窄. 另外, 随着温度的降低, 溶剂密度增加, 由Lorentz-Lorenz 关系得知相伴的折射率增加, 从而引起吸收光谱的红移. CC键键长增加, 使CC 键拉曼光谱红移; 振动弛豫时间变长, 各CC 键之间的键长差减小, 线宽变窄; 但由于声子, π电子耦合加强使CC键拉曼线型不对称程度增加, 低频端"肩"扩展, CC键的弱阻尼相干振动增加, 使拉曼散射截面增加. 关键词： β胡萝卜素 分子结构有序 红移 拉曼散射截面     

线性多烯分子的π电子能隙对原子振动的调制

β胡萝卜素是典型的线性多稀分子,重要的光电材料,在医学上也有重要的作用,研究它在外场作用下分子结构和性能的变化及机理有很重要的理论和应用价值。分别测量了β胡萝卜素在二甲基亚砜中温度为81～25 ℃范围和β胡萝卜素在二硫化碳中压力为0.04～0.60 GPa范围的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱。发现了两种不同的的光谱现象,随温度降低,二甲基亚砜中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收、拉曼光谱都红移,拉曼散射截面增大;而随压强增加二硫化碳中β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收峰也红移,但拉曼散射峰却蓝移,拉曼散射截面减小。两种实验现象不能同时用线性多烯分子的“有效共轭长度”“弱阻尼相干振动”等理论模型给予明了解释。电子—声子耦合常数,可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。该研究依据电子—振动相互作用规律,通过分析和计算得出结论：二种实验现象都是π电子与碳碳键振动相互作用产生的,即由于温度、压力作用对β胡萝卜素分子结构及电子—振动耦合影响不同, 引起电子-声子耦合常数不同,是电子能隙对碳碳振动的调制作用而产生的两种实验结果。     

外场对π电子能隙调制C==C，C-C伸缩振动的影响

共振拉曼光谱是研究线性多烯分子的主要分子光谱技术。该技术完美地表征了π电子能隙对C==C,C-C伸缩振动的调制规律。这种调制是通过电子-声子耦合完成的。改变外界环境,能隙调制作用将受到影响。测量了溶剂中β-胡萝卜素分子在温度、压力、溶剂效应、相变等不同环境影响下的吸收光谱、共振拉曼光谱,研究了不同外场对π电子能隙调制C==C,C-C伸缩振动的影响机理及规律。结果表明,在外场影响下,体系的能量降低,π电子能隙(π-π*)减小会使调制增强。即电子-声子耦合增强,使拉曼强度增加,谱线红移。对理解共振拉曼物理过程,认识线性多烯分子的结构,性能有重要意义,对研制优质光电器件也有参考价值。     

溶液相变对β胡萝卜素溶质的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱的影响

测量了β-胡萝卜素溶解在环己醇中65~2℃范围内的紫外-可见吸收与共振拉曼光谱。溶液在20℃时转为固态。随着温度的降低,相变时吸收光谱产生较大蓝移。虽然相变后吸收光谱、拉曼光谱仍红移,拉曼散射截面仍增加,拉曼谱带线宽仍减小,但相变后的光谱随温度的变化却大幅增加。这主要是由于固相中的β胡萝卜素分子的π电子能隙对碳碳键振动调制作用增强所致。文中对这些物理现象给予了解释。     

压强对β胡萝卜素分子的电子-声子耦合常数的影响

电子-声子耦合常数不仅可以反映出分子中π电子离域程度的强弱, 有效共轭长度的大小, 同时也可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。在一些研究中电子-声子耦合常数被定义为无量纲的系数。应用R.Tubino等引用的一种有量纲的电子-声子耦合常数, 建立其与黄昆因子的关系式, 进而可以计算出共轭键中单个振动模的数值。压强对多烯分子吸收光谱、拉曼光谱频移影响的研究已有报道, 但对拉曼散射截面、黄昆因子、电子-声子耦合常数的研究还没有报道。测量了β胡萝卜素分子在二硫化碳溶液中0.04～0.60 GPa的压强范围内的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱。实验结果表明, 随着压强的增加, CS₂溶液中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收光谱的吸收带发生明显的红移现象, 而拉曼光谱的特征谱线却发生蓝移的现象, 拉曼散射截面减小, 电子-声子耦合常数增加。其机理是随着压强的增加, β胡萝卜素分子被压缩又结构有序性下降, 导致电子能隙变窄, 有效共轭长度变短, π电子离域范围减小, 拉曼散射截面减小, 黄昆因子、电子-声子耦合常数增加。     

共振拉曼效应和电子-声子耦合对线性多烯分子共振拉曼光谱的影响

线性多烯分子具有高强度且信息丰富的共振拉曼光谱,在生物学、光电材料和医学等方面都有一定应用.而含有共轭双键的短链β胡萝卜素分子是多烯分子中极具有代表性的分子.在激发光作用下π电子与CC键振动相互作用影响着吸收光谱和拉曼光谱,而共振拉曼效应和电子-声子耦合影响着共振拉曼光谱的强度、频率和线型.测量了β胡罗卜素分子在二氯乙...     

溶剂密度对β胡萝卜素拉曼散射截面的影响

测量了含有9个CC共轭双键的链状多烯类生物分子β胡萝卜素在9种溶剂中的紫外—可见吸收和拉曼光谱.结果表明,β胡萝卜素C—C,CC键拉曼散射截面随溶剂体密度增加而线性增加,其机理是β胡萝卜素分子在体密度大的溶剂中受浮动干扰小,分子结构有序性高,π电子离域扩展,产生强的相干弱阻尼CC键振动,而产生大的拉曼散射截面.密度对分子拉曼散射截面影响研究还没见过报道,本文为多烯类链状分子的光散射理论研究提供了实验线索,也对多烯类链状分子性能研究及光电器件研制有参考价值. 关键词： 拉曼散射截面 多烯分子 吸收光谱 分子结构有序     

GaN在辐射场中的物理特性和光谱研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.025 a.u.)下氮化镓分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氮化镓分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱, 拉曼光谱, 紫外-可见吸收光谱强度。结果表明, 分子的结构的变化与电场大小呈现强烈的依赖关系。随着正向外加电场的增加, GaN分子键长不断减小, 电偶极距不断减小, 分子总能量不断增大, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现蓝移现象, 拉曼光谱出现蓝移现象。随着外电场的加强, 分子紫外-可见吸收光谱振子强度出现先减小后增大再减小的反复变化, 其波峰则出现红移现象。     

类胡萝卜素的分子光谱研究

类胡萝卜素是含有9个CC共轭双键的短链多烯类生物分子. 特殊的分子结构, 使其不仅在光采集, 光防护, 防癌, 抗癌等生物学领域有重要应用, 而且在分子导线, 光开关, 滤光器等光电器件研制中也有重要的非生物学应用. 本文对它的分子光谱进行研究和总结, 结果表明, 类胡萝卜素具有宽带荧光, 将其用于荧光增强受激拉曼散射可以获得宽带受激拉曼散射; 电子能隙随温度降低而收缩, 电子吸收光谱红移, 这特性使它能研制优质半导体元件; 极大的拉曼活性和三阶非线性系数, CC键基频拉曼散射截面可以比普通分子大10个数量级, 和频、倍频拉曼散射强度也很高, 低温下与基频强度比可达0.5. 类胡萝卜素分子的这些光谱特性对多烯类分子结构、性能研究及其在非生物学中的应用有重要参数价值.     

Theoretical study on the spectroscopic and third-order nonlinear optical properties of two-dimensional charge-transfer pyrazine derivatives

In this paper, density functional theory method was employed to study the electronic absorption spectrum and electronic static second hyperpolarisability of X-shaped pyrazine derivatives with two-dimensional charge-transfer structures. Computational results show that the push–pull electron abilities of the substituent groups and the length of the conjugated chains affect the electronic spectrum and static second hyperpolarisability of the pyrazine derivatives. As the push–pull electron abilities of the substituent groups or the length of the conjugated chains increases, the frontier molecular orbital energy gap decreases, resulting in increased second hyperpolarisability and redshift of the electronic absorption bands. The electronic absorption spectra of the pyrazine derivatives maintain good transparency in the blue light band. The electronic static second hyperpolarisability exhibits a linear relationship to the frontier molecular orbital energy gap. Particularly, increasing/decreasing the push–pull electron abilities of the substituent groups considerably affect the static second hyperpolarisability in long conjugated systems, which is important to the modulation of molecular organic nonlinear optical (NLO) properties. The studied pyrazine derivatives show large third-order NLO response and good transparency in the blue light band and are thus promising candidates as NLO materials for photonics applications.     

氧族元素对D-A和D-π-A共聚物光吸收谱红移的第一性原理研究

D-A型共聚物作为有机聚合物太阳能电池的电子给体材料近年来引起广泛关注. 本文以苯并二噻吩(BDT)为电子给体单元, 苯并噻二唑(BT)为电子受体单元来模拟D-A共聚体; 并用噻吩环作为π桥, 构造出D-π-A(PBDT-DTBX, X = O, S, Se, Te)结构. 采用第一性原理的密度泛函理论, 系统地计算相应的电子结构和光吸收谱. 比较不同氧族元素和噻吩π-键桥对聚合物光吸收谱的影响. 研究结果表明: D-A共聚体中当X位元素以O, S, Se, T_e 替换时, 其体系的最高占有分子轨道(HOMO)能级变化不大, 最低未占有分子轨道(LUMO)能级逐渐靠近费米能级, 带隙逐渐减小. 在可见光区有两个较强的吸收峰, 随着X位元素原子序数增大, 位于4.0 eV左右的光吸收峰位基本不变, 另一光吸收峰强度明显增大并发生红移. 与D-A结构相比, D-π-A结构的带隙均有所减小, 其中X为Te时带隙最小; 光吸收峰强度随着氧族元素原子序数的增大也明显增大并发生红移. 通过比较光吸收系数和相应态密度, 结果表明, 4.0 eV 左右的光吸收峰主要是BDT单元的贡献, 氧族元素的改变主要影响519.4-703.9 nm范围的光吸收.     

Electronic Raman Scattering in Graphene

Linear dispersion near the Dirac points in the band structure of graphenes can give rise to novel physical properties. We calculate the electronic contribution to the Raman spectra in graphenes, which also shows novel features. In the clean limit, the Raman spectrum in the undoped graphene is linear （with a universal slope against impurity scattering） at low energy due to the linear dispersion near the Dirae points, and it peaks at a position corresponding to the van Hove singularity in the band structure. In a doped graphene, the electronic Raman absorption is forbidden up to a vertical inter-band particle-hole gap. Beyond the gap the spectrum follows the undoped case. In the presence of impurities, absorption within the gap （in the otherwise clean case） is induced, which is identified as the intra-band contribution. The Drude-like intra-band contribution is seen to be comparable to the higher energy inter-band Raman peak. The results are discussed in connection to experiments.     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.     

外电场作用下的五氯酚分子结构和电子光谱的研究

为研究外电场对环境毒物氯酚类化合物的分子结构、化学键和电子光谱产生的影响, 本文采用密度泛函(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平上优化并计算了不同外电场(0—0.025 a.u.) 作用下五氯酚分子的基态几何结构、电偶极矩和分子总能量, 在此基础上利用含时密度泛函(TDDFT)在同一基组下研究了五氯酚(pentachlorophenol, PCP)的紫外吸收光谱, 并与文献中给出的苯酚的紫外吸收峰的波长进行了比较, 最后对PCP分子的前10个激发态的波长和振子强度受外电场作用的的影响规律进行了研究. 结果表明, 分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系, 分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加, 而分子总能量随着外电场的增强先增加后减小; PCP的紫外吸收峰相对苯酚出现了红移, 其激发态的振子强度随着电场的增强而减小、紫外吸收峰也出现红移.