g-CN体系的准粒子能带结构和光学特性（英文）

利用多体格林函数理论,本文研究了二维CN体系(包括triazine和tri-s-triazine)的激发态特性。通过GW方法,我们计算了准粒子的能量。考虑电子-空穴相互作用,通过求解Bethe-Salpeter方程,我们获得了激发态能量和光谱。我们发现,在这两种CN体系的价带中,σ轨道和π轨道之间的交换作用非常强烈。由于占据的σ轨道和π轨道之间的准粒子修正量非常不同,因此,为了得到准确的带隙值和光谱,我们需要对这两种轨道开展精确的GW计算。与单层的CN体系相比,双层结构中层与层之间的范德华相互作用使带隙值降低了0.6 e V,而光吸收谱红移了0.2 e V,这是由于双层结构具有更小的激子束缚能。我们计算的吸收峰的位置与实验结果符合很好。实验中的吸收峰主要是由深能级的π轨道到π*轨道的跃迁形成的。π→π*跃迁和σ→π*跃迁之间的耦合能够在长波长范围产生弱的吸收尾巴,如果调整入射光的极化方向,由σ→π*跃迁产生的高强度的吸收峰将会在更低能量处出现。     

1, 1, 2, 3, 4, 5-六苯基硅杂环戊二烯X射线谱的理论研究

近年来苯基硅杂环戊二烯作为一类高效的有机发光二极管材料被广泛研究。本工作利用密度泛函理论结合芯态空穴近似研究了1, 1, 2, 3, 4, 5-六苯基硅杂环戊二烯分子中碳原子K壳层和硅原子L壳层的X射线光电子能谱和近边X射线吸收精细结构谱,与实验谱线符合较好。通过理论结果对实验测量的1, 1, 2, 3, 4, 5-六苯基硅杂环戊二烯分子的X射线谱进行了分析和标定。我们发现碳原子K壳层X射线光电子能谱在低能区283.8eV处的谱峰是由于与硅原子成键的两个电负性较强的碳原子导致的。碳原子K壳层近边X射线吸收精细结构谱中最强的吸收峰与苯分子的吸收峰类似。硅原子L壳层近边X射线吸收精细结构谱两个主要吸收峰分别来自于σ_Si-C^*和π_Si-Ph^*跃迁。     

线性响应和两种态特定方法模拟AF350电子跃迁的溶剂效应

在极化连续模型框架下比较了线性响应与两种不同态特定方法计算的溶液中Alexa Fluor 350(AF350)分子激发能和光谱移动值的差异. AF350的第一激发态S0→S1电子跃迁属于π→π^*跃迁, 主要对应于最高占据分子轨道(HOMO)到最低空轨道(LUMO)的跃迁. 该分子激发态偶极矩大于基态偶极矩, 激发态时溶质溶剂相互作用比基态时更强, 随着溶剂极性增大, 会发生光谱红移的现象. 与实验值相比, 线性响应和两种态特定方法均高估了激发能, 其中以IBSF(Improta-Barone-Scalmani-Frisch)方法得到的激发能最小, 矫正的基态反应场方法(cGSRF)得到的激发能最大. 对于光谱移动值, 3种方法与实验值相比都偏小, 线性响应方法(LR)计算出的误差最大, 而IBSF方法得到的结果与实验值最吻合, 是预测溶液中AF350分子激发能和光谱移动值最准确的方法. 对比了Marcus传统理论和基于约束平衡的非平衡溶剂化理论的结果, 发现后者得到的激发能和光谱移动值更接近于实验值.     

七氟异丁腈负离子结构与反应活性的理论研究

新型环保绝缘气体七氟异丁腈(C4)在高压输电应用中备受关注. 本文采用多种高精度量子化学理论方法研究了C4吸附电子后形成C4^-负离子的结构、 光谱、 寿命以及与CO₂的反应机理和动力学. 结果表明, 电子进入C≡N的π^*反键轨道, 通过弯曲C—C=N形成C4^-负离子, 绝热电子亲合能的最佳预测值为0.30 eV. 在 0~2 eV范围内C4^-具有显著的光电子吸收峰, 亚稳态C4^-负离子经约9 kJ/mol能垒断裂C—F键生成稳定的长寿命[F...(CF₃)₂CCN]^-中间体. C4^-+CO₂反应存在进攻F或CN上的C和N 3种复合-解离机理, 在电气应用条件下, 以CO₂进攻氰基CN途径为主, 诱发负电荷从CN向CO₂转移.     

马来腈二硫纶·邻菲咯啉镍(II)配合物的电子光谱和理论研究

测量了标题配合物Ni(mnt)(phen)在多种介质中的电子吸收光谱和发射光谱, 使用密度泛函理论的B3LYP方法和分子轨道理论的PM3方法研究了其气态分子几何构型、电子结构和成键, 用ZINDO/S方法通过多组态的组态相互作用(CI)计算解释了实验光谱. 结果表明: 该配合物分子为平面结构, 对称性属于点群C_2v, 基态为自旋三重态, 配位键Ni—N和Ni—S为典型的共价结合, Ni的3d电子反馈效应较显著; 可见区的吸收带和发射带(对应于基态电子组态到较低能量激发态组态的跃迁)本质上属于配体phen到mnt^2－的荷移跃迁(LL'CT), 紫外区的吸收带本质上属于配体的π→π*跃迁.     

基于苯甲酸受体的咔唑染料敏化剂的合成和光电性能

选择N-正丁基咔唑作为电子给体,芴酮作为桥键,苯甲酸作为受体,通过桥键芴酮与给体和受体连接位置的改变,设计合成了两个咔唑染料4-(6-(N-正丁基咔唑-3-基)-9-氧-9H-芴-3-基)苯甲酸(HXL-3W)和4-(7-(N-正丁基咔唑-3-基)-9-氧-9H-芴-2-基)苯甲酸(HXL-4Z).对咔唑染料的光谱性能、电化学性能和光电转换性能进行了研究,并运用密度泛函理论(DFT)方法对其几何结构和紫外-可见光谱进行了优化计算.结果表明, HXL-4Z的吸收光谱呈现两个明显的π→π^*跃迁吸收峰和一个较小的对应于分子内电荷转移的吸收峰,而HXL-3W的吸收光谱则仅呈现一个π→π^*跃迁吸收峰,且摩尔吸光系数远小于HXL-4Z.可能是HXL-3W分子结构中给体和受体距离较近,张力较大,导致较差的分子平面性和分子内电荷转移.因而HXL-4Z的光吸收能力和电子注入效率较优,从而具有较好的光电转换效率(2.03%) (短路电流(J_SC) = 3.88 mA·cm^-2,开路电压(V_OC) = 700 mV,填充因子(FF) = 0.75).     

Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M1/POM,M = Ni,Pd, Pt,Cu, Ag,Au, POM = [PW12O40]3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合自然键轨道(NBO)分析的方法对一系列以多酸为载体的单原子催化剂(SACs)(M₁/POM (M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)的分子几何、电子结构及红外光谱进行计算。结果表明,Pt₁/POM对N₂分子具有潜在的活化能力,Pt₁/POM与N₂相互作用主要来自于由金属Pt的d_xz和d_yz轨道与N₂的π^*反键轨道重叠,金属Pt的d_xz、d_yz轨道上的电子填充到了氮气的π^*反键轨道上弱化了N≡N成键,导致了N≡N之间的键长增大,有效的活化了氮气分子。对它们红外光谱的分析表明,Keggin型多酸负载金属后W―O_c―W振动吸收峰发生劈裂,产生了五个典型的红外特征吸收峰。     

第一性原理研究富勒烯衍生物PCBM的近边X射线吸收精细结构谱

富勒烯衍生物^{[6, 6]}-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)在有机聚合物太阳能电池的电子输运方面扮演着非常重要的角色.利用密度泛函理论计算了PCBM的近边X射线吸收精细结构谱及未占据分子轨道.通过对比计算得到的PCBM分子中不等价碳原子的谱线总和,将该分子的主要共振吸收峰进行了标定.我们分析了第一个π^*共振吸收峰高能区右肩吸收峰的来源,并确定了该吸收峰主要来自于C₆₀笼子中碳原子能量较高的未占据分子轨道的跃迁.     

金属四重键化合物M2X4(PMe3)4(M=Cr,Mo,W;X=F,Cl,Br,I)结构和电子光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,在TZ2P-STO基组水平下,对金属四重键化合物M2Cl4(PMe3)4(M=Cr,Mo,W)和Mo2X4(PMe3)4(X=F,Cl,Br,I)的几何结构进行优化,分析了电子结构,并运用TDDFT方法对其低占据激发态进行了计算.考虑相对论效应的ZORA方法能够较好地重现M2X4(PMe3)4的几何结构.M2X4(PMe3)4的电子结构分析表明其d电子的组态为σ2π4δ2,前线轨道能级顺序为πlig<πd/σd<δd<δd*.金属原子和卤素配体的改变虽然使轨道能量发生变化,但没有影响轨道的排布顺序.TDDFT方法对M2X4(PMe3)4δd→δd*和πd→δd*跃迁能量的计算较为准确,对πlig→δd*(LMCT)跃迁能量的计算误差较大.金属原子、卤素配体以及相对论效应对激发能的影响可以根据分子轨道能级的变化给予解释.     

三氰基乙烯基甲基咔唑的光物理性质──能级邻近效应和溶剂化显色效应

在许多含氮杂环和芳香族拨基化合物中,能量最低的nπ^*态与能量最低的ππ^*态能级非常接近,这种能级分布往往导致nπ^*态和ππ^*态中能量较低的一个激发态的有效的无辐射失活。这就是能级邻近效应。这种效应被认为是nπ^*和ππ^*两能级间振动相互作用的结果。     

碰撞能对K(2S)+HF(X1Σ+)→KF(X1Σ+)+H(2S)反应的影响

基于Sayós等构建的基态势能面, 运用准经典轨线方法对原子-分子反应K(²S)+HF(X¹∑⁺)→KF(X¹∑⁺)+ H(²S)的立体动力学性质进行了研究. 计算了该反应的极化微分反应截面、 两矢量k?j'相关分布函数P(θ_r)、 三矢量k?k'?j'相关分布函数P(?_r)和空间分布函数P(θ_r,?_r). 结果表明, 产物KF的转动角动量j′不仅在垂直于反应物相对速度矢量k的方向上有强烈的取向效应, 而且还定向于y轴的负方向, 转动角动量j′敏感地依赖于碰撞能.     

2-甲基呋喃分子激发态超快非绝热动力学

Excited-state dynamics of 2-methyl furan has been studied by femtosecond time-resolved photoelectron imaging. The molecule 2-methyl furan was simultaneously excited to the n=3 Rydberg series of S₁[¹A"(π3s)], ¹A'(π3p_x), ¹A"(π3p_y) and ¹A"(π3p_z) and the valence state of ¹A'(ππ^*) by two 400 nm photons and subsequently probed by two 800 nm photons. The average lifetime of the Rydberg series and the valence state was measured to be on the time scale of 50 fs by the time-dependent ion yield of the parent ion. Ultrafast internal conversions among these excited states were observed and extracted from the time-dependences of the photoelectron kinetic energy components of these excited states in the photoelectron kinetic energy spectra. Furthermore, it is identified that the ¹A'(ππ^*) state might play an important role in internal conversions among these excited states. The Rydberg-valence mixings, which result in numerous conical intersections, act as the driving force to accomplish such ultrafast internal conversions.     

氨基功能化石墨烯量子点表面缺陷钝化及其发光增强

通过酸氧化法将氧化石墨烯进一步“切割”制备石墨烯量子点（GQDs）,在100℃水热条件下,用氨水处理石墨烯量子点制备得到氨基功能化石墨烯量子点（N-GQDs）。傅里叶变换红外光谱证明NH₃可以有效地进攻环氧基碳和羧基碳,形成羟胺和酰胺基。原子力显微镜结果表明NH₃不仅能够有助于产生更小的量子点,还对石墨烯纳米片有致孔作用。氨基功能化之后,由于C-O-C相关的n-π^*跃迁受到抑制,N-GQDs发光具有更弱的激发波长依赖性,并使其荧光量子产率从0.3%提高至9.6%。时间分辨发光光谱表明,相比含氧基团,含氮基团相关的局域电子激发态具有更长的荧光寿命和更弱的发射光谱依赖性。     

溴代烷烃与活性氮的反应发光研究

在流动余辉装置上, 利用N₂空心阴极放电制备活性氮, 研究了活性氮与溴代烷烃(CHBr₃、CH₂Br₂、C₂H₅Br、C₄H₉Br) 反应的化学发光.上述所有反应中, 在550～750 nm波段均观察到了较强的NBr (b¹Σ+→X³Σ^-)跃迁发射谱. 同时在活性氮与CHBr₃和CH₂Br₂的反应中, 在流动管下游还观察到了CN (A²π, B²π→X²Σ⁺)的发射谱. 验证性的实验表明, 激发态NBr (b¹Σ⁺)是由二步过程形成: N(⁴S)与溴代烷烃反应生成NBr (X³Σ^-), 再通过N₂ (A ³Σ_u⁺)分子能量转移到激发态NBr (b¹Σ⁺); 而激发态的CN是通过N(⁴S) + CBr→CN(A, B) + Br过程形成的.     

2, 4, 6-三甲基苯甲酸与5, 5'-二甲基-2, 2'-联吡啶构筑的系列镧系超分子配合物的晶体结构、热分解机理和性能

Six ternary lanthanide complexes formulated as [Ln(2, 4, 6-TMBA)₃(5, 5'-DM-2, 2'-bipy)]₂ (Ln = Pr 1, Nd 2, Sm 3, Eu 4, Gd 5, Dy 6; 2, 4, 6-TMBA = 2, 4, 6-trimethylbenzoate; 5, 5'-DM-2, 2'-bipy = 5, 5'-dimethyl-2, 2'-bipyridine) have been synthesized under solvothermal conditions and characterized by single-crystal X-ray diffraction, elemental analysis, thermogravimetric analysis, etc. The results of crystal diffraction analysis show that complexes 1–6 are binuclear units, crystallizing in the triclinic Pī space group. Complexes 1–5 are isostructural, and each of the central metal ions has a coordination number of 9. The asymmetric unit of complexes 1–5 consists of one Ln³⁺, one 5, 5'-DM-2, 2'-bipy ligand, and three 2, 4, 6-TMBA^- moieties with three coordination modes: chelation bidentate, bridging bidentate, and bridging tridentate. The coordination geometry of Ln³⁺ is distorted monocapped square antiprismatic. The binuclear units of complexes 1–5 form a one-dimensional (1D) supramolecular chain along the c-axis via π–π stacking interactions between the 2, 4, 6-trimethylbenzoic acid rings. The 1D chains are linked to form a supramolecular two-dimensional (2D) sheet in the bc plane via π–π stacking interactions between the pyridine rings. Although the molecular formulae of complex 6 and complexes 1–5 are similar, the coordination environment of the lanthanide ions is different in the two cases. The asymmetric unit of complex 6 contains a Dy³⁺ ion coordinated by a bidentate 5, 5'-DM-2, 2'-bipy and three 2, 4, 6-TMBA^- ligands adopting bidentate and bridging bidentate coordination modes. The Dy³⁺ metal center has a coordination number of 8, with distorted square antiprismatic molecular geometry. The binuclear molecule of 6 is assembled into a six-nuclear unit by π–π weak staking interactions between two 5, 5'-DM-2, 2'-bipy ligands; then, adjacent six-nuclear units form a 1D chain via offset π–π interactions between 5, 5'-DM-2, 2'-bipy ligands on different adjacent units. The adjacent 1D chains are linked by C―H···O hydrogen bonding interactions to form a 2D supramolecular structure. The thermal stability and thermal decomposition mechanism of all the complexes are investigated by the combination of thermogravimetry and infrared spectroscopy (TG/FTIR) techniques under a simulated air atmosphere in the temperature range of 298–973 K at a heating rate of 10 K·min^-1. Thermogravimetric studies show that this series of complexes have excellent thermal stability. During the thermal decomposition of the complex, the neutral ligand is lost first, followed by the acid ligand, and finally, the complex is decomposed into rare earth oxides. The three-dimensional infrared results are consistent with the thermogravimetric results. The photoluminescence spectra of complex 4 show the strong characteristic luminescence of Eu³⁺. The five typical emission peaks at 581, 591, 621, 651, and 701 nm correspond to the ⁵D₀ → ⁷F₀, ⁵D₀ → ⁷F₁, ⁵D₀ → ⁷F₂, ⁵D₀ → ⁷F₃, and ⁵D₀ → ⁷F₄ electronic transitions of Eu³⁺, respectively. The emission at 621 nm is due to the electric dipole transition ⁵D₀ → ⁷F₂, while that at 591 nm is assigned to the ⁵D₀ → ⁷F₁ the magnetic dipole transition. The lifetime (τ) of complex 4 is calculated as 1.15 ms based on the equation τ = (B₁τ₁² + B₂τ₂²))/(B₁τ₁ + B₂τ₂), and the intrinsic quantum yield is calculated to be 45.1%. Further, the magnetic properties of complex 6 in the temperature range of 2–300 K are studied under an applied magnetic field of 1000 Oe.     

确定分子中离域π键πnm的方法

A method for obtaining the delocalized π bonds π_n^m in a molecule has been discussed in this paper, and the delocalized π bonds π_n^m in linear, bent, planar trigonal, single cyclic conjugated, and polycyclic conjugated molecules have been studied. The reasons of π₃⁴ in NO₂ and 2π₃² in C₃ molecules have been proposed. The delocalized π bonds 2π₁₈¹⁸ in cyclo[18] carbon are analyzed.     

分子间相互作用研究的APF-D密度泛函SAM色散校正方法改进

APF密度泛函色散校正（APF-D）是由B3PW91和PBE0杂化的APF泛函,加上球形原子模型（SAM）色散校正构成的一种有别于Grimme经验色散校正的密度泛函理论色散校正（DFT-D）方法,计算稀有气体及其与小分子复合物结合能和势能面准确性很高,但对常见氢键、C―H…π和π…π等复合物结合能计算结果明显偏大,在一般性分子间相互作用问题研究中一直未被认可和采纳。我们发现APF-D结合能计算结果偏大的原因是APF泛函与SAM色散校正重复计入了一定量的长程色散能;通过引入不依赖于体系的SAM色散能阻力因子ζ,简单而有效地解决了APF-D色散能过度补偿问题,提出了APF-D改进方案APF-D^*;通过S66和L7标准测试集的对照计算表明,APF-D^*结合能准确性远高于原始APF-D,达到和超过目前常用的B3LYPD3和ωB97X-D方法水平,并具有较好的计算效率,期待在大体系分子间相互作用研究中得到广泛应用。     

石墨炔-有机共轭分子复合材料的制备及其储锂性能

发展了基于超分子化学的新方法实现了对石墨炔的原位氮掺杂,通过利用石墨炔与有机共轭分子间强的π–π作用,原位制备了石墨炔/卟吩复合材料薄膜,并用作锂离子电池的负极材料,其比容量增加到了1000 mAh∙g⁻¹,该复合材料表现出优良的倍率性能和循环稳定性,为可控制备掺氮石墨炔复合材料提供了新的思路。