溶剂极性对1，5-二羟基蒽醌分子双质子转移过程的影响

具有激发态分子内双质子转移特性的分子在荧光传感器、激光材料、生物分子探针等领域具有广泛的应用. 羟基蒽醌作为蒽醌类化合物是自然界中广泛存在且具有质子转移特性的次级代谢物,其衍生物已被广泛研究并成功应用于染料、免疫增强和抗癌药物. 近年来,1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)作为一种具有两个分子内氢键的羟基蒽醌衍生物受到了广泛的关注. 本文采用飞秒瞬态吸收光谱结合含时密度泛函理论方法研究了溶剂极性对1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的影响. 1,5-DHAQ分子在甲苯、四氢呋喃和乙腈溶剂中的稳态荧光光谱表明,溶剂极性的改变对1,5-DHAQ的荧光峰位置产生了影响. 瞬态吸收光谱表明,溶剂极性的增大加快了质子转移的速率. 超快动力学拟合结果表明,溶剂极性的增大有助于加快1,5-DHAQ分子中的激发态分子内双质子转移过程. 此外,通过理论计算得到的势能曲线分析表明质子转移的能垒随着溶剂极性的增加而逐渐减小,从而促进1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的发生,这进一步验证和解释了实验结果. 本工作有助于开发和合成更稳定、高效的羟基蒽醌衍生物.     

激发态分子内质子转移分子2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙的光谱特性

通过考察2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(HNLSC)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了HNLSC分子在不同溶剂及酸、碱条件下的不同构型,证实了HNLSC具有典型的ESIPT特性。在非极性溶剂中分子主要以分子内氢键的闭式构型存在,这种闭式构型使分子具有ESIPT特性,在环己烷溶剂和高酸度极性溶剂中分子均表现出～415nm的正常荧光和～435nm处的反常ESIPT荧光。在极性质子溶剂中,因溶质和溶剂之间形成了分子间的氢键以及进一步去质子化,HNLSC形成了基态的溶剂化开式构型和离子构型,在吸收光谱中表现出～395nm的离子构型特征吸收。开式构型和离子构型阻断了分子内质子转移途径,因而在荧光光谱中仅表现出一个特征峰。实验进一步通过三乙胺和稀硫酸调节溶液体系的极性和酸度环境,证明在不同溶剂极性和酸度环境下,HNLSC分子不仅存在萘环上羟基变化引起的多种互变异构体间的转化平衡,同时存在—CHN—NH—CO—NH2结构域的烯醇式和酮式结构的相互转化。     

激发态质子转移分子2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑（HBT）在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移（ESWT）影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400nm光激发HBT溶液时,在510nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

激发态质子转移分子2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移(ESIPT)影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400 nm光激发HBT溶液时,在510 nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400 nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

1，8-二羟基-2-萘甲醛激发态双质子转移反应的MS-CASPT2//CASSCF研究

激发态双质子转移反应长期困扰着理论和实验科学家并成为了一个悬而未决的热点问题. 本文利用完全活化空间自洽场方法及其二阶微扰理论(MS-CASPT2//CASSCF)系统地研究了典型体系1,8-二羟基-2-萘甲醛(DHNA)的激发态双质子转移反应以及相关的激发态弛豫过程. 在MS-CASPT2//CASSCF水平下,本文优化了三个能量相近但结构不同的S₁态互变异构体,即S1-ENOL、S1-KETO-1和S1-KETO-2,以及两个关键的S₁/S₀锥形交叉点结构,即S1S0-KETO-1和S1S0-KETO-2. 其中,两个极小点S1-KETO-1和S1-KETO-2与实验上观测到的双荧光发射现象密切相关. 本文还利用MS-CASPT2//CASSCF方法计算了双质子转移反应的二维势能面以及从极小点到交叉点结构的线性内插路径;相应计算结果证实了DHNA体系具有分步的激发态双质子转移机制. 具体来说,从S1-ENOL到S1-KETO-1的第一个质子转移过程是无能垒的,而从S1-KETO-1到S1-KETO-2的第二个质子转移过程则需要克服一个大约6.0 kcal/mol的能垒. 此外,由于从S1-KETO-1 (S1-KETO-2)到S1S0-KETO-1 (S1S0-KETO-2)的线性内插路径显示DHNA体系需要翻越一个约为12.0 kcal/mol的能垒,因此DHNA体系将在S₁态上停留一段时间并发生双荧光发射现象. 当然,S₁/S₀锥形交叉点也会促使DHNA体系从S₁态内转换到S₀态,而这会一定程度上降低DHNA体系发射荧光的效率. 可以通过限制C5-C8-C9-O10二面角旋转来降低体系的内转换效率,进而提高DHNA体系的发光效率. 本工作不仅有助于理解激发态双质子转移机制,还有助于设计具有优异发光性能的新型分子材料.     

瞬态吸收光谱茜素超快动力学研究

激发态质子转移是光物理学、光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一.激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)通常是指有机分子受到激发,到达激发态后,质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程,一...     

分子内质子转移分子2-(2′-羟基苯基)间氮杂氧茚的光学非线性的研究

报道了在调Ｑ的Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器泵浦下用Ｚ扫描技术对具有分子内质子转移（ＥＳＩＰＴ）特性的分子２（２′羟基苯基）间氮杂氧茚（ＨＢＯ）的光学非线性的研究。结果表明：对１．０６μｍ的光，ＨＢＯ无非线性吸收，其三阶非线性极化率不随入射光强而变；而在０．５３μｍ的激光作用下，ＨＢＯ表现出显著的双光子吸收，其双光子吸收系数随泵浦光强增强而减小，而其三阶非线性极化率实部则随泵浦光强的增强而增大。在建立双光子泵浦产生激发态分子内质子转移动态模型的基础上，通过理论计算很好地解释了实验现象     

2-[(4-羟基苯基)偶氮]蒽醌的合成及其阴离子识别

以酚羟基为识别位点,蒽醌基和偶氮基为信号报告基团,设计合成了识别阴离子的主体分子2-[(4-羟基苯基)偶氮]蒽醌.紫外-可见吸收光谱结果表明,在DMSO介质中,主体分子可以“裸眼”识别F-和Ac-,吸收光谱发生显著变化,溶液颜色由黄色变为蓝绿色,其它阴离子不影响其对F-和Ac-的识别.初步探讨了识别机理,表明主体分子与阴离子之间形成氢键促进了分子内电荷转移,使吸收光谱发生显著红移,溶剂对主体分子与阴离子之间的反应存在影响.     

2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙激发态分子内质子转移阴离子荧光识别

利用荧光光谱分析法,考察了2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(L)作为受体分子与F~-、Cl~-、Br~-、I~-、SO_3~(2-)、NO_3~-、ClO_4~-、H_2PO_4~-、SO_4~(2-)、CH_3COO~-、CO_3~(2-)等阴离子的作用。研究结果表明,在乙腈溶液中该受体分子其酚羟基OH与—C=N—基N之间的分子内氢键强度较弱,引入CH_3COO-和CO_3~(2-)增强了分子内氢键强度,在波长495nm处出现激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光,荧光滴定实验表明该受体分子与CH_3COO~-和CO_3~(2-)均形成1:1型结合物,提出了可能的配合物结合模式。     

4-硝基联苯酚三重态质子化和去质子化过程中瞬态物种的指认

近年利用超快光谱技术对于4-硝基联苯酚(HO-Bp-NO₂)的研究发现,其在单重态和三重态时均会发生光致质子耦合电子转移(PCET)反应. 其瞬态吸收光谱450 nm处有一个独特的尖锐吸收带,但无羟基取代的对硝基联苯(Bp-NO₂)未观察到此现象. 本文利用酸性溶液作为外加可控质子供体,通过在强酸(∽10^-1 mol/L)和弱酸(∽10^-4 mol/L)溶液中的光谱和动力学结果,指认这个新吸收带为开壳层单重态O-Bp-NO₂H. 它是HO-Bp-NO₂的互变异构体,由三重态HO-Bp-NO₂中硝基氧得质子后羟基快速去质子产生. 动力学分析表明,非质子极性溶剂中三重态HO-Bp-NO₂与基态母体间还会发生PCET或先质子后电子转移生成自由基·O-Bp-NO₂. 这一反应与O-Bp-NO₂H竞争,导致其产率较低. 这些结果阐明了三重态HO-Bp-NO₂在非质子极性溶剂中的失活机制.     

聚(9,9-二辛基芴)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)的光物理特性的理论和实验研究

通过比较分析聚(9,9-二辛基芴)(PFO)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)(F8BT),对半导体聚合物的光物理特性进行了系统研究. 量子化学计算显示,苯并噻二唑单元的引入促进了链内电荷转移(ICT),调节了聚合物的电子跃迁机制. 瞬态吸收测定表明,在单分散系统中的受激PFO衰减时主要表现为链内激子弛豫.在F8BT溶液中,ICT状态出现,并参与到激发态的弛豫过程中. 凝聚相中PFO和F8BT的弛豫过程加速和显示了在高激发强度下具有显著的激子湮灭行为. 在相同的激发强度下,F8BT的平均寿命长于PFO,有助于实现良好的电荷离域.     

Electron injection dynamics in dye-sensitized semiconductor nanocrystalline films

We have summarized recent ultrafast spectroscopic studies on phenomena associated with dye-sensitization of semiconductor metal oxide nanoparticles, especially TiO₂ nanocrystalline film from a surface science perspective with a strong relation to mechanism of electron injection in dye-sensitized solar cells, which are attracting much interest from both viewpoints of pure science and applied science.A lot of chemical and physical processes are involved in this solar cell, such as light harvesting by molecules and nanostructures, interfacial electron transfer, charge migration in solid and electrolyte, degradation of the materials, and so on. Among them, the very primary process initiated by photoabsorption by sensitizing dye molecules; that is, electron injection from excited adsorbates into the conduction band of semiconductor metal oxides is significantly important, because this process must be 100% efficient with a minimum driving force for high current and voltage generation.We have first focused on details of experimental methods used in this research area, and then in the following Sections, have organized this review by concentrating on each parameter that influences dynamics of electron injection in dye-sensitized semiconductors. Finally we have emphasized it is important to measure actual DSSCs for the precise comparison between electron injection dynamics and device performance.     

LHCⅡ三聚体中叶绿素分子间能量传递的瞬态差异吸收光谱分析

应用飞秒时间分辨差异吸收光谱技术对PSⅡ的LHCⅡ三聚体中的能量传递过程进行实验研究,分析得到三组能量传递的时间寿命组分：748fs、3.28ps、32.15ps.其中748fs的组分为单体内Chlb649分子经Chlb658将能量传递给Chla665分子的过程;3.28ps时间常量反映单体内能量从Chla677向吸收更长波长的Chla688分子的能量传递过程,以及Chlb643、Chlb658和Chla668～670分子获得能量的过程;而32.15ps的时间与三聚体内的单体间的能量传递过程有关.     

利用时间分辨的光电子影像技术研究2,6-二甲基吡啶分子锥形交叉超快动力学

利用时间分辨的飞秒光电子影像技术结合时间分辨的质谱技术,研究了2,6-二甲基吡啶分子锥形交叉超快动力学过程. 2,6-二甲基吡啶分子吸收266 nm泵浦光从基态跃迁至S₂态(π-π^*). 母体离子时间变化曲线包含两个指数函数,一个是时间常数为635 fs的快速组分,另一个是时间常数为4.37 ps的慢速组分. 通过时间分辨光电子影像得到的时间依赖的光电子角度分布和能量分辨的光电子谱分布提供了S₂态演变的动力学信息. 简言之,快速组分反映了通     

The temperature dependence of dislocation charge in calcium doped single crystals of potassium chloride

Abstract

Using the ultrasonic piezoelectric composite oscillator technique we have measured the temperature dependence of dislocation charge in bent KCl single crystals as a function of Ca impurity concentration. In each case the charge changes sign at an extrinsic isoelectric temperature, T_e , and the shift in Te with impurity concentration allows the calculation of the individual thermodynamic vacancy formation parameters. We obtain h₊ = 1.244±0.014 eV, s₊ = 4.50±0.19 k, h- = 1.346? 0.014 eV and s- = 5.11?0.19K.     

窄带系聚合物APFO3的激发态光物理特性 (cited: 1)

化学计算证实了光致激发窄带系聚合物APFO3后,会发生链内电荷转移(ICT)过程,同时这一特性还影响了吸收光谱中的第一吸收带. 瞬态吸收结果再一次表明了当聚合物在单分散体系中确实存在ICT特性,而且这种特性会同振动弛豫竞争. 在聚集态中,受链间相互作用的影响,ICT特性会消失,而且激子弛豫过程将在光致激发后的弛豫过程中占据主导地位. 混有PC₆₁BM的APFO3薄膜的光致激发动力学显示,当PC₆₁BM 的含量超过50%时,激子解离已经达到饱和. 基于此异质节的光     

半导体纳米颗粒/金属-有机骨架复合光催化体系中的位置效应

本文采用超快瞬态吸收光谱技术研究了“半导体/金属-有机骨架(MOF)”复合体系中的位置效应. 半导体TiO₂纳米颗粒被嵌入或担载于一种典型的MOF材料Cu₃(BTC)₂. 通过实时跟踪这两个复合体系中的电子动力学行为,发现半导体与MOF之间形成的界面态可作为高效的电子转移纽带,其效率与二组份的相对位置密切相关,从而导致这两个复合体系光催化CO₂还原的性能差异. 本文对“半导体/MOF”复合体系中界面电子转移行为和效应的机理进行了解读,为基于MOF材料的光电化学应用提供了有益的设计思路.     

硫代碱基与单态氧反应速率常数的时间分辨光谱测定

硫代碱基作为一类免疫抑制性药物被广泛关注,由于硫原子的取代,硫代碱基可以吸收UVA波段紫外光,并通过系间窜越至激发三重态敏化氧气生成广泛应用于光动力学治疗的活性氧物质单态氧(~1O_2).然而,硫代碱基容易与自身敏化产生的~1O_2氧化发生反应,导致光毒性.在已有关于硫代碱基与~1O_2反应机理的研究基础上,本文采用瞬态光谱方法直接测得~1O_2在1270 nm处磷光信号的衰减动力学,得到硫代碱基与单态氧反应的速率常数.通过比较6-硫代鸟嘌呤、4-硫代尿嘧啶、2,4-二硫代尿嘧啶分别在水、乙腈以及二者混合溶剂中与~1O_2的反应,发现硫代碱基与单态氧反应速率常数受溶剂的极性影响.随着溶剂极性增大,反应速率常数则减小.此外,通过对比研究,发现硫代嘧啶类碱基与~1O_2的反应速率小于硫代嘌呤类碱基,说明在光动力学治疗中以硫代嘧啶类药物作为光敏剂是较为合适的选择.     

High resolution electronic study of ONO, ONO and ONO: A rovibronic survey covering 11 800-14 380 cm

The 11 800-14 380 cm⁻¹ frequency range has been scanned for rotationally resolved rovibronic transitions in the A²B₂-X²A₁ electronic band system of the symmetric (C_2v) ¹⁶O¹⁴N¹⁶O and ¹⁸O¹⁴N¹⁸O isotopologues and in the corresponding electronic band system of the asymmetric (C_s) ¹⁸O¹⁴N¹⁶O isotopologue. The rotational analysis—reflecting minor differences in mass—in combination with symmetry induced spectral differences allows an identification of 68 ¹⁶O¹⁴N¹⁶O vibronic levels, 26 ¹⁸O¹⁴N¹⁸O vibronic levels and 51 ¹⁸O¹⁴N¹⁶O vibronic levels. The bands are recorded using near infrared fluorescence spectroscopy and a piezo valve based pulsed molecular beam expansion of premixed ¹⁸O₂ and ¹⁴N¹⁶O in Ar. The majority of the observed bands is rotationally assigned and can be identified as transitions starting from the vibrational ground state of one of the isotopologues. Numerous hot bands have also been identified. A comparison of the overall spectroscopic features of C_2v vs. C_s symmetric species provides qualitative information on symmetry dependence of vibronic couplings.