氢卟啉和镁卟啉分子溶剂效应的理论研究

采用溶剂场极化连续模型在密度泛函B3LYP/6-31G (D)水平上研究了氢卟啉和镁卟啉分子在四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、二氯甲烷(CH2Cl2)、氯仿(CHCl3)这四种不同极性的溶剂环境中的几何结构和分子轨道能级, 从而研究了溶剂效应引起的分子几何构型和轨道能级的变化. 然后采用上述溶剂环境下优化的几何结构在含时密度泛函水平上计算了它们的激发能、吸收波长、跃迁组成和振荡强度. 理论计算结果表明, 对比真空条件下的氢卟啉和镁卟啉分子的几何结构, 溶剂场中两种卟啉分子的几何结构都发生了微弱的变化, 这种变化随溶剂介电常数的增大而有所增强. 计算结果表明溶剂环境中氢卟啉和镁卟啉分子的电子吸收光谱发生了普遍的红移, 结合分子轨道理论对这种变化给出了可能的解释. 在此基础上, 对这种包含溶剂效应的理论分析方法用于检验卟啉类化合物作为染料敏化太阳能电池光敏剂的可行性作了进一步的探讨.     

7-甲氧基香豆素-3-甲酰二乙醇胺的电子结构和光谱性质的理论研究

采用密度泛函的B3LYP和单激发组态相互作用(CIS)方法分别对基态和第一、第二单重激发态(S1和S2)结构进行优化,均采用6-31G(d)基组.在优化的基态和第一单重激发态的结构基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT),成功模拟了7-甲氧基香豆素-3-甲酰二乙醇胺的吸收光谱和荧光发射光谱,并用极化连续模型考虑了溶剂的影响.利用前线轨道、电荷密度差(CDD)和态密度(DOS)图分析了电子跃迁的特性.计算结果与实验结果吻合得很好.该量子计算方法对此类化合物的定性和定量研究是有效的.     

鸢尾苷元和鸢尾苷的电子结构和光谱性质的含时密度泛函理论研究

采用ab initio 的HF和DFT的B3LYP方法, 对化合物鸢尾苷元和鸢尾苷基态结构进行优化, 分析了前线分子轨道特征和能级分布. 用含时密度泛函理论(TD-DFT)和半经验的ZINDO方法, 对鸢尾苷元和鸢尾苷的电子光谱进行了研究, 发现该物质主要吸收光谱源于分子内的π→π*的电子跃迁. 计算结果表明, 分子结构改变可影响化合物前线分子轨道分布和吸收光谱, 吸电子基使紫外光谱红移.     

呋喃查尔酮结构与电子光谱的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的PBE1PBE/6-31G(d)水平上对呋喃查尔酮及其衍生物的几何结构进行优化计算.在获得基态稳定结构的基础上,应用含时密度泛函理论计算其电子吸收光谱,探讨了取代基和溶剂对电子吸收光谱的影响,计算结果与实验结果吻合很好,平均绝对偏差仅为3.3nm(0.04eV).结果表明,取代基的引入和溶剂极性的增大均使光谱发生红移.通过前线轨道分析,揭示了该类化合物的主要吸收峰均源自分子中HOMO→LUMO电子跃迁.     

氮混杂金属卟啉吸收光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d)水平上研究了4种金属Mg, Ni, Cu, Zn配位的自由卟啉(FBP)及氮混杂卟啉(NECP)的几何结构及分子轨道能级. 采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了金属与2种卟啉配位后在气体条件下的电子吸收光谱, 包括激发能、 吸收波长、 跃迁组成和振子强度.计算结果表明, 与金属配位的FBP(M-FBP)具有D_4h对称性, 分子轨道能级HOMO/HOMO-1和LUMO/LUMO+1因能级相近发生简并, HOMO-LUMO轨道能级差大约3.0 eV, 在Soret带出现较强吸收峰.由于C/N原子位置的改变, 非对称性结构的M-NECP前线轨道组成发生改变, 轨道能级差(HOMO-LUMO)减小至2.6 eV左右, 且能级发生分裂, Soret带出现多个电子吸收谱峰, Q带也出现吸收峰. 本文研究了水、 氯仿和苯3种不同极性溶剂对M-FBP和M-NECP的分子轨道及电子吸收光谱的影响, 结果表明, 随溶剂极性减弱金属配合物的电子吸收光谱发生红移, 并且吸收峰强度增强.     

7-吡啶吲哚同分异体结构与电子光谱性质的理论研究

运用密度泛函理论对7-吡啶吲哚可能存在的构型进行优化,计算异构体的几何构型、电子结构、前线分子轨道;应用含时密度泛函理论计算了异构体b,c和e的电子光谱性质以及溶剂效应对光谱性质的影响.结果表明,溶剂极性的增加使b的电子光谱蓝移,而c和e的电子光谱红移,且溶剂极性对最大吸收波长影响幅度较小.前线分子轨道分析,表明该类化合物的主要吸收光谱主要对应于分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π→π*跃迁.     

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.     

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.     

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.     

共轭性对7-吡啶吲哚类衍生物的结构与电子光谱性质的影响

运用密度泛函理论(DFT)方法对7-吡啶吲哚衍生物的结构及电子光谱性质进行了理论研究.在B3LYP/6-31G(d)水平上得到了7-吡啶吲哚(M)以及5种共轭衍生物(a-e)的几何构型、电子布局以及前线分子轨道;应用含时密度泛函理论(TD-DFT)在B3LYP/6-31+G(d)水平上计算了5种衍生物的电子光谱性质.结果表明,共轭体系的π键成分增大,能级差减小,激发能降低,分子的最大激发波长向长波方向移动,即发生红移.但是,如果分子中的空间位阻增大,则共轭程度降低,发生蓝移.前线分子轨道分析表明该类化合物吸收光谱主要对应分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π-π*跃迁.为新型含吲哚基团的光电功能材料的设计合成提供了理论参考.     

饱和、不饱和(N-杂环化)低聚硅烷的结构和光谱性质

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对线型(饱和N-杂环化)和(苯并N-杂环化)低聚硅烷的电子结构和吸收光谱性质以及溶剂效应进行了比较研究.对各体系的基态电子结构在B3LYP/6-31G(d,p)水平上进行了全优化,讨论了电荷分布和前线分子轨道性质.在获得基态稳定构型的基础上,用B3LYP/6-311+G(d)方法计算了电子吸收光谱的性质,探讨了主链的线型增长和溶剂对电子吸收光谱的影响.结果表明,随着主链的增长,低聚硅烷的电子结构发生明显扭曲,在(苯并N-杂环化)聚硅烷中形成了邻近苯并N-杂环之间π-π堆积作用,有利于结构的稳定.两类低聚硅烷的吸收光谱都随着主链的增长而发生明显的红移,(苯并N-杂环化)聚硅烷最大吸收光谱红移幅度要比(饱和N-杂环化)聚硅烷大得多.溶剂效应使得光谱略向短波长移动,溶剂的极性改变对吸收波长的影响不明显.     

共轭CN与非共轭CF3吸电子取代基对PPV类衍生物分子结构及光电性质的影响

运用密度泛函DFT B3LYP／6-31G(d)方法对CN和CF3吸电子基团取代的PPV类衍生物的三聚体进行了几何构型优化,并采用含时密度泛函TD-DFT、B3LYP／6-31G(d)方法计算了其相应化合物的紫外吸收光谱．通过对CN和CF3取代的PPV类衍生物的分子几何结构、前线分子轨道能级、电子云分布规律的分析,从理论上解释了共轭CN与非共轭CF3吸电子取代基对其光谱性质影响的差异：前者使相应PPV类衍生物的吸收光谱发生红移,后者则发生蓝移．计算结果还表明用TD-DFT方法计算该体系的紫外吸收光谱值与实验数据吻合得很好;另外引入CN和CF3基团之后,使其相应的PPV衍生物的LUMO能级降低,电子亲合势增加,都是很好的电子传输材料．     

靛族染料发色体电子光谱性质的含时密度泛函理论研究

采用密度泛函方法(DFT)在B3LYP／6—31 ^*水平上对一系列靛族染料发色体的几何构型进行优化计算；在获得基态稳定结构的基础上，应用含时密度泛函理论(TD—DFT)在相同水平下计算其电子吸收光谱．探讨了不同给电子基团和发色体的延伸对电子吸收光谱的影响，得到了与对应母体化合物一致的变化规律．结果表明，给电子基团给电子能力的增强和发色体的纵向延伸分别使光谱产生一定红移和轻微的蓝移．通过对前线轨道组成进行自然布居分析，揭示了靛族染料的发光均源自分子中HOMO—LUMO(π→π^*)电子跃迁．     

联苯桥联的聚对苯乙烯撑齐聚物基态、激发态的结构与光电性能

用密度泛函理论(DFT)和单激发(CIS)方法分别对几种联苯桥联的聚对苯乙烯撑(PPV)齐聚物分子的基态结构和激发态结构进行全优化, 得到基态与激发态分子的最优几何构型和前线分子轨道, 并用半经验ZINDO(Zerner's intermediate neglect of differential overlap)和含时密度泛函(TD-DFT)方法分别计算了各自的吸收光谱和发射光谱, 分析了随着联苯链的增长前线分子轨道能级和能隙的变化以及对光电性能的影响. 结果表明, 联苯链的加长对吸收和发射性质影响不大, 但在分子结构上由于PPV 齐聚物(发光中心)链间交叉链内扭曲的构象越来越明显, 降低了分子的平面性和对称性, 减弱了这类共轭分子在固体中的π-π堆积作用, 这可能是减少荧光猝灭效应, 提高固体发光器件荧光量子效率的主要原因.     

线型和星型平面噻吩类低聚物衍生物分子结构及光电性质研究

运用密度泛函DFT B3LYP／6-31G(d)方法对线型(a)和星型(b)平面噻吩类低聚物衍生物分别进行了几何构型优化,并采用含时密度泛函TD-DFT B3LYP／6-31G(d)方法计算了其紫外吸收光谱．计算结果表明:用TD-DFT．方法计算体系的紫外吸收光谱值与实验数据吻合;通过对噻吩类低聚物衍生物分子几何结构和前线分子轨道能级的分析,并从理论上解释了线型(a)和星型(b)衍生物光谱性质的差异:后者与前者相比较吸收光谱发生红移,这是由于星型结构使其相应HOMO能级升高,电离能(IP)降低,成为很好的电子给体和空穴传输材料．     

8-羟基喹啉铍及其衍生物电子光谱性质的含时密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法和abinitioHF单激发组态相互作用(CIS)法分别优化了有机金属配合物8-羟基喹啉铍(BeQ₂)及其3种衍生物分子的基态及最低激发单重态几何结构.系统分析了分子结构、前线分子轨道特征和能级分布规律以探索电子跃迁机理.应用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算分子的电子光谱,揭示了BeQ₂及其衍生物的发光源于配体中π→π^*电子跃迁,指出通过配体修饰可以有效地影响配合物前线分子轨道分布,调整发光波段,并有效提高电荷转移量.     

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.     

取代基对依布硒啉电子结构及光谱性质影响的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311++G**水平对依布硒啉及其6个衍生物进行结构优化,并分析了取代基对分子几何构型、电荷分布、前线轨道能级分布的影响.在相同计算水平上采用含时密度泛函理论方法进行了电子光谱研究,讨论了取代基对电子光谱的影响.计算结果表明,标题化合物分子为非平面结构,苯并异硒唑酮环与苯环之间存在一...     

洛汾碱衍生物的电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法,对4种洛汾碱类化合物的几何构型进行了优化,在此基础上计算分子的电子结构,并结合有限场FF方法研究了二阶非线性光学(NLO)性质.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对上述化合物分子进行吸收光谱的研究.研究表明在4,5-二-苯基-2-对甲酰苯基咪唑生色团中4,5苯环上引入硝基和3位N原子引入苄基改变分子的共轭平面,使二阶非线性极化率总有效值(βtot)减小,吸收峰总体蓝移.同时还发现,在CH2Cl2溶剂中a和c分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO的π一π*跃迁,b和d分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO+2的π→π*跃迁.     

含有噻唑生色团的Y-型有机分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法优化了一系列含有噻唑生色团的Y-型有机杂环分子的几何构型, 在此基础上结合有限场(FF)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)对分子的非线性光学(NLO)活性和电子光谱进行计算分析. 结果表明, 这些分子具有A-π-D-π-A(A: 受体, D: 给体)结构, 分子基态偶极矩、极化率和二阶NLO系数(β)随支链共轭桥的增长及生色团共轭效应的增大而增大. 同时, 该系列有机杂环分子的二阶极化率总的有效值(βtot)与其前线分子轨道能级相关, 分子的前线分子轨道能级差越小, βtot值越大.