N2O+离子B2П态的光谱与光解离动力学

用一束波长为360.55 nm的激光直接作用于超声射流的N₂O分子束, 通过(3+1)共振增强多光子电离(REMPI)过程制备纯净的N₂O⁺(X²П(0,0,0))母体离子, 再用另一束波长在243-278 nm范围的激光将母体离子激发至B²П态后解离. 扫描解离激光波长, 监测NO⁺离子碎片的强度, 从而获得N₂O⁺离子B²П态的光致碎片激发(PHOFEX)谱. 通过拟合转动分辨光谱, 得到了相应的转动常数和自旋分裂常数, 从而区分了A²Σ⁺态高振动能级和B²П态带源的贡献, 明确了N₂O⁺离子B²П态的光谱"带头"位置(37154 cm^-1), 并将获得的振动光谱初步归属为B²П(v₁,v₂,v₃)←X²П的振动跃迁序列. 通过对NO⁺碎片离子的飞行时间质谱峰形的分析, 还获得了解离过程中释放的平均平动能, 并结合电子激发态势能面, 讨论了N₂O⁺离子B²П态的解离机理.     

邻二氯苯激发态动力学

利用飞秒分辨的激光泵浦-探测技术结合飞行时间质谱和光电子速度成像方法研究了邻二氯苯第一电子单重激发态(S₁)的超快动力学.邻二氯苯的S₁态振动基态寿命为(651 ± 10) ps,对应于S₁振动基态向三重态的系间窜越过程.邻二氯苯S₁的高振动激发9a₂18a₂对应两个衰减通道,其中寿命为(458 ± 12) fs的超快过程对应于由处于振动激发的S₁向高振动激发的基态(S₀)发生的内转换过程,而寿命为(90 ± 10) ps过程则对应由S₁态向三重态(T₁)的系间窜越过程,电离产生的光电子能谱中长寿命的谱峰可能与系间窜越过程有关. S₁态高振动态的旋轨耦合程度比低振动态的更强,导致系间窜越过程更快.     

间甲基苯甲醚分子旋转异构体的质量分辨阈值电离光谱

间甲基苯甲醚分子有顺式和反式两个转动异构体.利用单光共振双光子电离技术和质量分辨阈值电离技术,研究了间甲基苯甲醚分子顺反异构体的基态到第一电子激发态(S1←S0)的跃迁和阈值电离.得到顺式、反式间甲基苯甲醚分子S1态的激发能(E1)分别为(36049±2)和(36117±2)cm-1,绝热电离能(Ip)分别为(64859±5)和(65110±5)cm-1.结合从头算法和密度泛函理论的量子化学计算,解释了顺式、反式间甲基苯甲醚分子E1和Ip存在差异的原因,并且对S1态和离子基态D0态出现的谱峰进行了标识.间甲基苯甲醚分子顺反异构体在S1态和D0态的活性振动主要是甲基转动、面内环的运动和与取代基相关的弯曲振动.间甲基苯甲醚分子的S1态振动光谱、D0态离子光谱以及理论计算均表明这两个转动异构体在D0态的几何构型与S1态的中性几何构型相比有较大改变,取代基与取代基、取代基与苯环间的相互作用强度高低次序为:S0S1D0.     

位移谐振子模型对三(2-苯基吡啶)合铱磷光光谱影响的理论研究

采用谐振子模型理论探讨了振动模式对Ir(ppy)₃配合物的磷光光谱的影响.多原子分子发射光谱的一般形式可以从两个绝热电子态之间的热振动关联函数推导出,相应地势能面之间的位移和Duschinsky转动的影响也被包含在多维谐振子模型的表达式中,所得关系式模拟出了Ir(ppy)₃较为精细的磷光发射光谱.计算结果表明T₁态到S₀态之间的0→1振动跃迁对发射光谱贡献较大,尤其振动频率小于1600 cm^-1的振动模贡献更多,配体中苯和吡啶环上C=C和C=N的呼吸振动,是Ir(ppy)₃出现肩峰的主要原因.玻耳兹曼分布使得主峰和肩峰的强度下降,并且两峰相互接近.该谐振子模型与密度泛函理论(DFT)结合,可以较好地定量描述多原子分子光物理过程的发射光谱以及详细了解光谱谱图的细节.     

γ-巴豆酰内酯激发态动力学的共振拉曼光谱和完全活性空间自洽场(CASSCF)计算研究

采用共振拉曼光谱和完全活性空间自洽场(CASSCF)方法研究了γ-巴豆酰内酯的光吸收S₂态的结构动力学和衰变机制. 采用含时密度泛函理论方法结合光谱实验确认了紫外光谱和振动光谱. 获得了涵盖A-带吸收的4个激发波长下的共振拉曼光谱. 用CASSCF计算得到了S_1,min, S_2,min, T_1,min, T_2,min和T_3,min及其相关势能面交叉点的结构与能量. 研究了A-带共振拉曼光谱强度模式与S_2,min和CI(S₂/S₁)交叉点结构的关系. 借助El-Sayed规则分析了各系间窜跃路径的效率, 提出了γ-巴豆酰内酯从S_2,FC弛豫到基态S₀的2条主要路径: 内转换路径和系间窜跃路径.     

飞秒时间分辨的光电子谱对苯S2态的超快动力学研究

结合飞秒时间分辨的质谱技术与时间分辨的光电子影像技术对苯S₂激发态的超快动力学进行了研究.苯分子吸收两个400 nm的光子被激发到S₂态,之后再用一个267 nm的光子对其进行探测.获得的母体离子产率随泵浦探测时间延迟的变化曲线包含了两个不同的时间寿命组分.第一个时间寿命组分(90 ± 1) fs被归纳为S₂态到S₁/S₀态的内转换过程;第二个时间寿命组分(5.0 ± 0.2) ps被归纳为S₁态的衰减过程.实验中观察到的第二个寿命组分小于早前的研究结果,这表明了在S₁态的衰减过程中还可能存在其他的过程.从时间分辨的光电子影像提取得到的光电子能谱中发现了一个新的失活过程,该过程被归结为激发态S₁的振动态与“热”三重态T₃之间的系间交叉过程.     

间甲基苯甲醚分子旋转异构体的质量分辨阈值电离光谱

间甲基苯甲醚分子有顺式和反式两个转动异构体. 利用单光共振双光子电离技术和质量分辨阈值电离技术,研究了间甲基苯甲醚分子顺反异构体的基态到第一电子激发态（S₁←S₀）的跃迁和阈值电离. 得到顺式、反式间甲基苯甲醚分子S₁态的激发能（E₁）分别为（36049±2）和（36117±2）cm^-1,绝热电离能（I_p）分别为（64859±5）和（65110±5）cm^-1. 结合从头算法和密度泛函理论的量子化学计算,解释了顺式、反式间甲基苯甲醚分子E₁和I_p存在差异的原因,并且对S₁态和离子基态D0态出现的谱峰进行了标识. 间甲基苯甲醚分子顺反异构体在S₁态和D₀态的活性振动主要是甲基转动、面内环的运动和与取代基相关的弯曲振动. 间甲基苯甲醚分子的S₁态振动光谱、D₀态离子光谱以及理论计算均表明这两个转动异构体在D₀态的几何构型与S₁态的中性几何构型相比有较大改变,取代基与取代基、取代基与苯环间的相互作用强度高低次序为：S₀<S₁<D₀.     

范德华复合物Kr-C2H2的势能面和振转光谱的理论研究

采用[CCSD（T）]-F12方法和aug-cc-pVTZ基组,同时引入中心键函数（3s3p2d1f1g）构建了Kr-C₂H₂体系的高精度四维势能面.在构建势能面时考虑了分子间的振动方式及C₂H₂单体内的ν₁对称伸缩和ν₃反对称伸缩振动.将计算得到的四维势能面在Q₁方向和Q₃方向分别做积分得到C₂H₂单体分别处于振动基态和（ν₁,ν₃）=（1,1）激发态的平均势能面.计算结果表明,这2个平均势能面均存在2个等价的T型全局极小值和2个等价线性极小值.全局极小值的几何构型位于R=0.41 nm,θ=65.6°/114.4°,势阱深度为151.88 cm^-1.对径向部分采用离散变量表象法（DVR）,角度部分采用有限基组表象法（FBR）,并结合Lanczos循环算法计算了Kr-C₂H₂的振转能级和束缚态.计算结果表明,复合物在（ν₁,ν₃）=（1,1）区域的带心位移为-1.48 cm^-1,表现为红移,与实验值-1.38 cm^-1很接近;计算得到的红外跃迁频率也与实验值相吻合,说明得到的从头算势能面具有高精度.     

氟、氯和甲基取代丁二酰亚胺的结构、红外光谱和热力学性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法(6-31G^*基组),计算研究了丁二酰亚胺(SIM)的氟、氯和甲基取代物(SIMF,SIMCl和SIMMe)的几何构型、电子结构、红外光谱和热力学性质,讨论了取代基效应.结果表明,SIMF和SIMCl均为平面构型,SIMMe接近平面构型.羰基伸缩振动频率(νC=O)均分裂为两个谱带,低频带出现在1734～1771cm^-1,高频带出现在1792～1822cm^-1,且前者强于后者.与SIM相比,吸电子基(F和Cl)使νC=O和偶极矩增大,推电子基(CH₃)的影响正相反.由校正频率计算了298～800K温度范围的热力学性质熵(S°)和热容(C_p°).     

CO2势能面和振动激发态的理论研究

采用振动自洽场-组态相互作用(SCF-CI)方法通过实验振动光谱优化了CO₂分子的势能函数,由该势能函数计算得到的纯振动光谱数据与实验值相比,所有能级的误差均在4cm^-1以内,均方根偏差为1.50cm^-1,所预测的Π态振转光谱也与实验值很接近.     

2,4-二硫代尿嘧啶的紫外吸收光谱和共振拉曼光谱

硫代嘧啶碱基是光动力疗法潜在的重要光敏剂,其最低单重激发态的光物理研究已有广泛报道。然而,其较高激发态的跃迁性质和反应动力学研究较为稀少。因此,本文采用共振拉曼光谱和密度泛函理论计算方法研究2,4-二硫代尿嘧啶的紫外光谱和几个较高单重激发态的短时结构动力学。首先,基于共振拉曼光谱强度与电子吸收带振子强度f的关系,将紫外光谱去卷积成四个吸收带,分别为358 nm(f=0.0336)中等强度吸收带(A带),338 nm(f=0.1491)、301 nm(f=0.1795)和278 nm(f=0.3532)强而宽的吸收带(B、C和D带)。这一结果既吻合密度泛函理论计算结果,又符合共振拉曼光谱强度模式对紫外光谱带的预期。据此,去卷积得到的四个吸收带被分别指认为S0→S2跃迁、S0→S6跃迁、S0→S7跃迁和S_0→S_8跃迁。同时,分别对B,C和D带共振拉曼光谱进行了详细的指认,获得了短时动力学信息。结果表明,S_8态短时动力学的显著特征是在Franck-Condon区域或附近发生了S8(ππ~*)/S(nπ~*)势能面交叉引发的、伴随超快结构扭转的非绝热过程。S7和S6态短时动力学的主要特征是反应坐标的多维性,它们分别沿C_5C_6/C_2S_8/C_4S_(10)/N_2C_3+C_4N_3H_9/N_1C_2N_3/C_2N_1C_6/C_6N_1H_7/C_5C_6H_(12)和C_5C_6/N_3C_2/C_4S_(10)/C_2S_8+C_6N_1H_7/C_5C_6H_(12)/C_5C_6N_1/C_5C_6H_(12)/C_2N_1C_6/N_1C_2N_3/C_4N_3H_9/N_1C_2N_3等内坐标演化。     

Theoretical and photophysical study of photoisomerism of cyanine dyes: bisphenylaminopentamethine cyanine (BPPC)

The trans-cis photoisomerism of BPPC was investigated as part of a comprehensive, both theoretical and experimental, study on the photophysical and photochemical properties of cyanines having pentamethine cyanine as a common chromophore. In this work the determination of the trans → cis photoisomerization and thermal back isomerizatkm kinetics in alcohols was combined with CS INDO CI calculations of S₀ and S₁ potential energy curves for the paths leading to mono-cis isomers, where the dielectric solvent effects were taken into account by the simple virtual charge model. In agreement with the indications of a previous steady-state spectroscopy study, it was concluded that irradiation of BPPC into the visible absorption region gives rise to formation of the C(3)–C(4) cis planar isomer, already observed with the parent chromophore (BMPC), and an additional isomer, N(1)-C(2) cis, peculiar to BPPC. The role of the solute-solvent interactions is discussed with reference to the purely intramolecular model previously proposed for the cyanine photoisomerization.     

Infrared depletion spectroscopy of the doubly hydrogen-bonded aniline–(tetrahydrofuran)2 complex produced in supersonic jet

The vibrational frequencies of the N–H stretching modes of aniline after forming a strong doubly H-bonded complex with tetrahydrofuran (THF) are measured with infrared depletion spectroscopy that uses cluster-size-selective resonance-enhanced multiphoton ionization (REMPI) time-of-flight mass spectrometry. Two strong infrared absorption features observed at 3355 and 3488 cm⁻¹ are assigned to the symmetric and antisymmetric N–H stretching vibrations of the 1:2 aniline–THF complex, respectively. The red-shifts of the N–H stretching vibrations of aniline agree with the ab initio calculated (MP2/6-31G**) aniline-(THF)₂ structure in which both aniline N–H bonds interact with the oxygen atom of THF through two hydrogen bonds. The calculated binding energy is found to be 29.6 kJ mol⁻¹ after corrections for basis set superposition error (BSSE) and zero-point energy. The calculated structure revealed that the angle between the N–H bonds in the NH₂ group increased to 112.5° in the aniline–(THF)₂ complex from that of 109.8° in the aniline. The electronic 0–0 band origin for the S₁ ← S₀ transition is observed at 32,900 cm⁻¹ in the aniline–(THF)₂ complex, giving a red-shift of 1129 cm⁻¹ from that of the aniline molecule.     

Photoluminescence of 2-aminofluorene: a relook

The absorption and fluorescence spectra of 2-aminofluorene (2-AF) have been studied as a function of solvent polarity and acid concentration. Using the multiparametric approach of Taft et al., it is clear that 2-AF is a better proton acceptor in the S₀ state and a proton donor in the S₁ state. Excitation of 2-AF to three electronically excited states has shown that fluorescence is always observed from the lowest excited singlet state, but fluorescence quantum yield increases with the increase of λ_exc. The decrease in fluorescence quantum yield with increase in solvent polarity and hydrogen bonding is due to solvent-induced quenching. A correspondence is observed between the decrease and increase in fluorescence intensities of the neutral and monocation, respectively, in the pH range from 6 to 3. Proton-induced fluorescence quenching of neutral 2-AF is noticed in the pH range 3 to 1. pK_a and values were determined for different prototropic equilibria and are discussed.