Ar-S2(B3 Σ-u →X3 Σ-g)体系跃迁偶极矩的从头计算

采用多参考组态相互作用方法计算了Ar-S2团簇,得到了Ar-S2(X3Σ-g)与Ar-S2(B3Σ-u)的势能曲面;计算并讨论了Ar原子与S2分子的相对位置R与S2(B3Σ-u→X3Σ-g)跃迁矩变化的关系;分析了Ar对S2分子轨道的压缩和诱导偶极矩随R的变化,以及其在高压脉冲快放电激励S2分子激光器实验中对实现S2分子发光的影响.     

O(3P)原子与CS2反应可见化学发光研究

在交叉分子束装置上研究了基态氧原子O(3P)与二硫化碳反应的可见光区(380～500 nm)化学发光，得到的光谱标识为SO2分子 3B1→ 1A1自旋禁阻跃迁发射谱，实验中得到的上态主要是振动基态和弯曲模ν2激发的振动激发态，通过对不同压力情况下光谱的分析和反应通道的讨论，确认 3B1态的SO2来自于反应的多级过程.     

Ar-S2(B3Σu-→X3Σg-)体系跃迁偶极矩的从头计算

采用多参考组态相互作用方法计算了Ar-S2团簇, 得到了Ar-S2(X3Σg-)与Ar-S2(B3Σu-)的势能曲面; 计算并讨论了Ar原子与S2分子的相对位置R与S2(B3Σu-→X3Σg-)跃迁矩变化的关系; 分析了Ar对S2分子轨道的压缩和诱导偶极矩随R的变化, 以及其在高压脉冲快放电激励S2分子激光器实验中对实现S2分子发光的影响.     

CS2+离子 C2Σg+←B2Σu+跃迁的Franck-Condon因子计算以及与光解离谱的比较

将线性三原子分子离子CS2+的对称伸缩振动简化为SC和S之间的简谐振动, 用谐振子的势能曲线和波函数对CS2+分子离子 C2Σg+和 B2Σu+电子态(对称伸缩)振动能级间跃迁的Franck-Condon因子进行了计算, 得到的结果与 C2Σg+←B2Σu+跃迁的光解离谱实验强度进行了比较, 对前人给出的分子数据(转动常数、分子平衡核间距)进行了验证和分析, 讨论了经由 C2Σg+←B2Σu+电子态振动能级间跃迁的光解离机理.     

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.     

氮化锇配合物离子[OsN(mnt)2]-的电子结构和光谱性质的理论研究

理论研究了离子型配合物[OsN(mnt)2]-[mnt=S2C2(CN)2)]的电子结构和光谱性质, 考察不同配体三价N、二硫氰烯S2C2(CN)2和金属Os的相互作用对光化学性质的影响. 分别在B3LYP/LANL2DZ和CIS/LANL2DZ水平上优化了配合物的基态和激发态结构. 与基态(1A1)相比, 激发态(3A2)的Os≡N 的键长缩短了0.0066 nm, 这与计算得到的频率增大一致, 使用TD-DFT方法计算得到了配合物的吸收和发射光谱. 计算得到的位于300 nm(f=0.1497)和262 nm(f=0.2890)的强吸收都来自1A1→1B1跃迁, 分别指认为SC→Os≡N+CN 和N+SC→Os≡N+CN的电子跃迁. 最低能量的吸收位于446 nm(f=0.0206) 处, 来自1A1→1B2的电子跃迁, 指认为N→Os和 N+SC→CN. 计算得到配合物在气态的磷光发射位于678 nm(A3A2→X1A1)处, 而在丙酮溶液中则蓝移到了625 nm处, 跃迁属性不变, 都是N→Os和S→Os的跃迁.     

对二甲苯分子和离子态振动光谱的理论计算

利用Gaussian98从头计算程序在6 31G计算水平下对对二甲苯（p C8H10）分子和离子态进行了几何优化及其振动光谱的理论计算.计算的分子第一激发态振动光谱与实验结果相当符合，同时计算了离子态的振动频率，并对实验的离子振动光谱谱峰进行标识，其中在341 cm－1处谱峰的振动模为3.     

Pb和放电氧、O_2(~1△)的化学发光研究

在原子束装置上测量了Pb和放电氧、O_2(1Δ)反应的化学发光光谱,获得了一些新的谱带,并观测了氧气压力对化学发光光谱的影响.当观测区的压力大于2.5×10~(-3)Torr时,发现B~(3Π)-X~(1Σ~+)谱带系的(3,0)、(4,0)两个振动带的强度显著增强.分析表明这新的光谱现象是a~(3Σ~+)态和b~(3Σ~+)态的PbO分子与O_2(1Δ)分子的E-E近共振传能以及PbO分子的不同电子态的微扰结果。     

两种烷基碘化物分子理论研究及其发射谱测量

利用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 对烷基碘化物分子C2H2F3I和n-C3H4F3I的C—I解离势能曲线进行了理论计算, 并采用B3LYP方法和MPn(n=2, 3, 4)方法精确计算了C—I键解离能. 解离能计算进行了零点振动能(ZPVE)校正, 并运用完全均衡校正法对基函数重叠误差(BSSE)进行校正. 利用微波放电激励方法, 对C2H2F3I和n-C3H4F3I的发射谱进行观测. 实验结果表明, 通过微波放电激励这两种分子, 均可产生1315 nm发射谱, 说明利用微波放电可使C2H2F3I和n-C3H4F3I分子的C—I键解离, 从而产生碘原子.     

热氢原子碰撞导致的CO2(v3)的高振动激发

用时间分辨-傅里叶变换红外发射光谱研究了热的氢原子与CO2分子间高效率的平动-振动(T-V)能传递.热的氢原子由ArF激光光解H2S得到,这种氢原子的平动能为223 kJ/mol.实验中观察到了从2130 cm-1到2400 cm-1的红外发射谱带,它归属于高振动激发的CO2分子的非对称伸缩振动(v3).对这一发射谱带的光谱拟合显示CO2的非对称伸缩振动被激发到了较高的振动态,振动量子数达到了v=7.并且有5580 cm-1的能量经传能过程由氢原子到达了CO2的v3模.实验条件下氢原子与CO2的T-V传能效率为0.30.实验结果与Schatz等人的用3D半经典计算预测的碰撞截面符合的很好.     

N2+分子离子的B2Σu+、A2Πu和X2Σg+电子态光谱研究

采用光外差-磁旋转-速度调制吸收光谱技术, 在可见光波段范围16800～17573 cm-1, 对N2+的A 2Πu-X 2Σ+g(12,6)、(11,5)、(7,2)带和B 2Σ+u-X 2Σ+g (1,5)带进行了测量和分析,推导了双原子分子振转能级在受到微扰作用时的有效哈密顿量形式,并分析了N2+的A 2Πu-B 2Σ+u之间存在的微扰相互作用,通过与实验数据的拟合得到了精确的电子态微扰常数ξe、ηe .     

利用密度泛函理论研究α-联噻吩体系H(C_4H_2S)_nH的结构和电子光谱

应用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d)和CAM-B3LYP/6-31G(d)水平上优化了α-联噻吩体系H(C4H2S)n H(n=2¹3)的基态几何构型;与此同时,利用TD-B3LYP方法计算了H(C4H2S)n H的吸收光谱,得到了其垂直激发能和体系大小n的解析表达式;并采用TD-CAM-B3LYP方法研究了其发射光谱.研究表明,H(C4H2S)n H的基态结构呈现三种构型:螺旋上升型、环型和稍有弯曲的带状结构;其中前两种构型是顺式结构,最后一种构型是反式结构;环型结构具有C2对称性,其他两种结构具有C1对称性.此外,其吸收光谱和发射光谱计算值与实验值吻合.     

3-(3’-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物基态和激发态性质

用密度泛函B3LYP方法对3-(3’-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物(芳基为苯基、3-吡啶基和苯乙烯基)进行基态几何构型全优化, 计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量, 并用Zerner间略微分重叠(ZINDO)和含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱, 用单组态相互作用方法(CIS)优化三种化合物分子的S1激发态结构, 分析其能量与发射光谱的关系, 计算溶剂中分子的吸收和发射光谱, 并与实验结果对照. 计算结果表明, 从3-(3’-吡啶基)-6-苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物A)到3-(3’-吡啶基)-6-(3’-吡啶基)-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物B)以及3-(3’-吡啶基)-6-对乙烯苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物C)的电子亲和势依次增大, 愈来愈容易接受电子, 吸收光谱和发射光谱红移.     

3-(3′-吡啶基)-6-芳基-1，2，4-三唑并[3，4-b]-1，3，4-噻二唑衍生物基态和激发态性质

用密度泛函B3LYP方法对3-(3'-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物(芳基为苯基、3-吡啶基和苯乙烯基)进行基态几何构型全优化,计算分子的电离势I_p和电子亲和势E_A等相关能量,并用Zerner间略微分重叠(ZINDO)和含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱,用单组态相互作用方法(CIS)优化三种化合物分子的S_1激发态结构,分析其能量与发射光谱的关系,计算溶剂中分子的吸收和发射光谱,并与实验结果对照.计算结果表明,从3-(3'-吡啶基)-6-苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物A)到3-(3'-吡啶基)-6-(3'-吡啶基)-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物B)以及3-(3'-吡啶基)-6-对乙烯苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]- 1,3,4-噻二唑分子(化合物C)的电子亲和势依次增大,愈来愈容易接受电子,吸收光谱和发射光谱红移.     

3-吡咯烷基苯并蒽酮的电子结构和光谱性质

苯并蒽酮衍生物在新型荧光材料、非线性光学材料和液晶显示材料等领域有较大的应用前景.本文采用量子化学方法优化了3-吡咯烷基苯并蒽酮的基态几何结构和第一单重激发态的几何结构,并与X射线晶体衍射实验值进行了对比.利用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函,计算了3-吡咯烷基苯并蒽酮在气相和溶剂中的吸收和发射光谱,考察了它的电子结构和光谱特征,并分析了不同泛函、基组以及溶剂效应对吸收和发射光谱的影响.计算结果表明:3-吡咯烷基苯并蒽酮的最强吸收和发射光谱都是具有π→π*跃迁特征的电荷转移(CT)态;泛函B3LYP能较好地重现实验吸收能;而对于具有分子内电荷转移特征的激发态,泛函MPWK能较好地重现实验发射能.溶剂效应的计算表明,不同极性的溶剂对3-吡咯烷基苯并蒽酮的吸收光谱和发射光谱的影响较小.理论预测的光谱与实验结果一致.     

8-巯基喹啉阴离子的锌配合物及其衍生物的电子光谱性质的含时密度泛函理论研究

采用从头算(ab initio)和密度泛函理论(DFT B3LYP)方法, 对配合物8-巯基喹啉锌Zn(tq)₂及其5种衍生物基态结构进行优化, 用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31＋G(d)基组计算吸收光谱; 同时用ab initio HF 单激发组态相互作用(CIS)法在6-31G(d)基组上优化其最低激发单重态几何结构, 用含时密度泛函理论计算发射光谱. 结果表明, 电子在基态与激发态间的跃迁, 主要是在配体8-巯基喹啉(tq)环内的电荷转移, 电子从含S的苯硫酚环转移至含N的吡啶环上; 吸收光谱和发射光谱的计算值与实验值基本符合. 该类配合物都是优良的电子传输材料, 改变金属离子和取代基均可以调控发光材料的光谱波段.     

Optical absorption and emission properties of fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, and their derivatives. A DFT study

Fluoranthene and benzo[k]fluoranthene-based oligoarenes are good candidates for organic light-emitting diodes (OLEDs). In this work, the electronic structure and optical properties of fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, and their derivatives have been studied using quantum chemical methods. The ground-state structures were optimized using the density functional theory (DFT) methods. The lowest singlet excited state was optimized using time-dependent density functional theory (TD-B3LYP) and configuration interaction singles (CIS) methods. On the basis of ground- and excited-state geometries, the absorption and emission spectra have been calculated using the TD-DFT method with a variety of exchange-correlation functionals. All the calculations were carried out in chloroform medium. The results show that the absorption and emission spectra calculated using the B3LYP functional is in good agreement with the available experimental results. Unlikely, the meta hybrid functionals such as M06HF and M062X underestimate the absorption and emission spectra of all the studied molecules. The calculated absorption and emission wavelength are more or less basis set independent. It has been observed that the substitution of an aromatic ring significantly alters the absorption and emission spectra.     

萤火虫氧化荧光素类似物电子光谱的理论研究

对萤火虫氧化荧光素(S)-2-(6-羟基-2-苯并噻唑基)-2-噻唑啉-4-酮(BTZ)中苯并噻唑环的N和S原子进行取代, 形成一系列萤火虫氧化荧光素类似物, 并采用TD B3LYP/6-31+G(d)方法, 通过计算氧化物中性态与羟基去质子化后的负一价态在气相、水溶液和模拟生物环境下的吸收与发射光谱, 讨论环内不同取代原子对光谱的影响. 结果表明, X₁位以O原子取代S原子的化合物的最大吸收值发生蓝移, 以N原子取代S原子的化合物的最大吸收值发生红移. 去质子化可增加苯环上π轨道成份, 降低能隙, 从而有利于提高电子跃迁几率, 使荧光发射波长红移; 通过取代X₁和X₂位杂原子, 可调节发射光谱红移达44 nm, 蓝移达41 nm(在模拟蛋白中). 6种化合物荧光发光范围较宽, 振子强度较大, 可以作为潜在的化学发光材料用于生物成像研究.     

Ceometries,Energetics and Spectroscopic Properties of Oxygen Clusters Oxy (x=2～6, y=-2～2)

The geometries, energetics and spectroscopic properties of oxygen clusters, Oxy(x=2~6, y=-2~2), were investigated at the B3LYP/6-311G (d, p) level. The CASSCF calculations were carried out for the ground and excited states of3O2and2O2+. The total energy is3O2(3Σg-)<2O2-(2Πgi)<1O2(1Δg)<1O2-2(1Σg+)<2O2+(2Πg)<1O2+2(1Σg+). The relative energy of the active doublet anion of oxygen molecule,2O2-(2Πgi), is only 28 kJ/mol higher than the triplet neutral oxygen molecule,3O2(3Σg-). The calculated O-O vibrational frequencies all are in good agreement with the experimental values. They are 1577 (1580), 1139 (1090), 1563 (1484), 627 (615~545) and 1993 (1905) cm-1, where the O-O vibrational frequency values in parentheses are experimental values, for3O2(3Σg-),2O2-(2Πgi),1O2(1Δg),1O2-2(1Σg+) and2O2+(2Πg), respectively. Moreover, the O-O vibrational frequency of1O2+2(1Σg+) was computed as 2368 cm-1which has not been reported before at both experimental and theoretical levels. Both bent and linear geometries of O3were studied. The bent-types of O3are more favorable than the linear-type in energy. Three types of structure for oxygen trimers are calculated at the B3LYP/6-311G (d, p) level. They are the structure-I with an obtuse angle of O-O-O,the structure-II with an acute angle of O-O-O, and the structure-III of linear type. For a bent-type structure of O3species (structure-I), the total enegy is2O3-(2B1)<1O3(1A1)<3O3(3B2)<1O3-2(1A1)<2O3+(2A1). The optimization of geometry at B3LYP/6-311G (d, p) level indicated that the species of2O3-(2B1) with 1.3573 of O-O bond length and 115.6584o of O-O-O bond anger is the ground state of O3. The total energy of O4species and their ions is2O4-(Cs,2A′, bend-type)<2O4-(C2v,2A2,face-centered triangle-type)<2O4-(D∞h,2Σg, linear-type)<1O4(Cs,1A′, bend-type)<1O4(D∞h,1Σg, linear-type)<1O4(D4h,1A1g, square-type)<1O4(C2v,1A1, face-centered triangle-type)<2O4-(D4h,1A1g, square-type)<2O4+(D∞h,2Σg, linear-type)<2O4+(Cs,1A′, bend-type). The species with the lowest relative energy is an anion,2O4-(Cs,2A′, bendtype), with chair form geometry and characteristic vibronic frequencies of 1179 and 1349 cm-1. The relative energy of1O5(C2v,1A1) with coplanar-triangle-bicone geometry is the lowest among the O5species and their ions, which may be a resonance structure with1O5(C2v,1A1) of A type. Their characteristic vibronic frequency is 1302 cm-1. The relative energy of the O6species and their ions with hexagon geometry is lower than one with linear geometry. Their infrared vi-bronic intensity may be weak and unobservable but the Raman vibronic intensity may be strong and observable based on their symmetry.     

7-氮杂吲哚衍生物分子基态和激发态性质的理论研究

用从头算HF和密度泛函B3LYP方法对7-氮杂吲哚衍生物1,3-二(N-7-氮杂吲哚基)苯、1,3,5 三(N-7-氮杂吲哚基)苯和4,4′-二(N-7-氮杂吲哚基)联苯进行全优化, 计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量, 并用ZINDO和TDDFT方法计算吸收光谱, 用CIS优化三种化合物分子的S1激发态结构, 并分析其能量与发射光谱的关系, 计算溶剂中分子的吸收和发射光谱, 并与实验结果对照. 计算结果表明, 从7-氮杂吲哚到上述三种衍生物依次愈来愈容易接受空穴, 吸收和发射光谱红移.