3,6-和2,7-咔唑衍生物单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法以及ZINDO/SDCI方法计算3,6-和2,7-咔唑衍生物的分子平衡几何结构、电子结构及单光子和双光子吸收性质.乙烯基吡啶取代基的位置影响分子的单光子和双光子吸收性质.与3,6-咔唑衍生物相比,2,7-咔唑衍生物的单光子吸收波长红移,振子强度增大;双光子吸收波长红移,双光子吸收截面增加.结果表明,2,7-咔唑衍生物是更好的双光子吸收材料.     

几个荧光蛋白发色团双光子吸收性质的理论研究

实验测得的荧光蛋白的单、双光子吸收光谱在低频和高频区域都表现出明显不同的特征。为了揭示这些不同点的起源和研究荧光蛋白的构–效关系,我们详细研究了三种荧光蛋白发色团(一种增强型蓝绿色荧光蛋白的中性发色团和两种红色荧光蛋白的阴离子发色团)的单、双光子吸收特性,分别计算了纯的和振动分辨的电子谱。计算结果表明：光谱线形与计算采用的交换相关密度泛函及谱截面计算所采用的近似关系密切;如果在计算光谱截面时,我们利用长程修正的交换相关泛函CAM-B3LYP来计算几何和电子结构参数,然后把Franck-Condon (FC)效应和包含Herzberg-Teller (HT)效果的电-声耦合效应都考虑进去,理论计算的光谱与实验测定的光谱可以很好地符合;对于两种离子态的发色团,HT电-声耦合效应使得对应于基态到第一激发态跃迁的双光子吸收最强峰相对于单光子吸收的最强峰发生了蓝移,但HT电-声耦合效应对高频的双光子吸收谱没有太大的影响;分子内电荷转移是导致高频区的双光子吸收明显强于单光子吸收的主要原因。     

DCM衍生物双光子吸收截面的溶剂效应

考察了以三苯胺基为给电子基团的4种不同DCM衍生物在有机溶剂中的单光子光物理性质(基态和激发态永久偶极矩差、光学跃迁偶极矩以及跃迁能量等), 并利用双光子诱导荧光法考察了溶剂对其双光子吸收截面(δtpa)的影响. 研究结果表明, DCM衍生物的光学跃迁具有显著的分子内电荷转移特性, 不同末端取代基主要影响其稳态光谱性质, 而分支结构数目主要影响其双光子吸收截面. 研究结果还发现, 双光子吸收截面随分子结构的变化趋势符合双能级模型, 拉电子基团为丙二腈和1,3-茚二酮的DCM衍生物的δtpa随溶剂介电常数的增加呈现不同的变化趋势.     

新型香豆素酮类不对称双光子染料的合成及其光物理性质

本文以二苯乙烯和香豆素为共轭桥,二乙氨基为电子给体,羰基为电子受体,合成了一个具有D-π₁-A-π₂-D结构的香豆素酮类双光子染料C3.用紫外-可见光谱、荧光光谱研究了该化合物的光物理性质.发现在光作用下C3很容易发生分子内电荷转移,进而转变为扭曲的分子内电荷转移,产生很大的偶极矩变化.以飞秒脉冲激光为激发光源,用上转换荧光法测定了其双光子吸收截面.在激发波长为850 nm时,新化合物的双光子吸收截面值达1292 GM,比同系列香豆素酮衍生物C1、C2的双光子吸收截面值高一到两个数量级.     

反式二苯乙烯系列衍生物双光子吸收截面的理论研究

采用PM3和INDO/CI理论方法,系统研究了对称取代反式二苯乙烯衍生物的结构和电子光谱.在正确的UV-Vis光谱基础上,预测了双光子吸收峰的位置.自编程序用SOS公式计算了三阶非线性光学系数及双光子吸收截面,并从微观上探讨了不同取代基对双光子吸收截面的影响     

新型双光子吸收化合物的合成、光物理及其在固态分散体系中的性质

通过多步反应制备了三个新型的双光子吸收化合物,测试了它们的光物理性质,发现该系列化合物具有较大的双光子吸收截面,并且随温度降低其双光子吸收截面增大.尤其是化合物TMVDB,其量子效率为0.83,常温时的双光子吸收截面达到1164GM,其双光子吸收截面除以分子量为2.08,表现出了优良的双光子吸收发光性能.进一步将TMVDB掺杂到固体材料中,得到强双光子诱导发光的固体材料.     

有机杂环分子的双光子吸收特性

利用少态模型和密度泛函理论计算了新近合成的三个具有有机杂环结构的苯并噻唑衍生物的非线性光学性质. 计算结果表明，随着有机分子的分子电子离域结构的增大，最大吸收峰红移.当共轭链较长时，共轭链的增长对增强分子双光子吸收截面的影响远大于吸电子基强度变化的影响.该类分子具有较好的双光子吸收特性.最后给出了三个分子的电荷转移过程.     

5位芘取代的三芳基吡唑啉化合物的光物理行为

合成了化合物 1 ,3 二苯基 5 ( 1 芘基 ) 2 吡唑啉 (DPPP) .由于 5位大取代基的存在 ,使整个分子不在同一平面 ,导致吡唑啉化合物光物理性质的改变 .DPPP光物理行为的研究表明 :即使在较低的浓度下 ( c=1 .0 8× 1 0 -5 mol·L-1) ,DPPP分子间也易生成电荷转移络合物 ;其荧光光谱表现出明显的溶剂极性效应、浓度效应和温度效应 ,不同的环境条件下可发射芘单体的荧光、分子内电荷转移络合物的荧光及分子间电荷转移络合物的荧光 .     

有机双光子吸收材料研究进展

有机双光子吸收材料是光电信息功能材料领域的研究热点之一.同无机双光子吸收材料相比,有机双光子吸收材料有更好的可设计性和可裁接性.从分子设计的角度介绍了国内外所取得的一些最新进展,并对有机双光子吸收材料的发展方向作了综述.     

吡唑衍生物与碘甲烷反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对3-甲硫基-4-氰基-5-氨基吡唑与碘甲烷反应的机理进行了研究. 提出了两种可能的反应途径: 反应途径Ⅰ为反应物先脱去吡唑上的质子, 生成阴离子中间物, 然后碘甲烷分别进攻中间物吡唑环上的2个氮原子, 生成两种异构产物; 反应途径Ⅱ为反应物通过分子间氢转移存在两种异构体, 碘甲烷直接进攻每个异构反应物吡唑上的氮原子, 形成中间物, 然后脱去碘化氢, 生成产物. 计算结果表明, 途径Ⅱ应为主要反应途径. 还找出了两种异构产物间甲基迁移反应的过渡态, 得出该反应的活化能为278.5 kJ/mol, 在常温下甲基迁移反应不容易进行.     

吡啶基团的对称性和离子化对分子双光子吸收截面的影响

采用超快速激光光谱方法研究了含吡啶基团的四个联苯乙烯衍生物及两个杂环分子(A: 4,4’-二(2-(4-吡啶基)乙烯)联苯; B: 4,4’-二(2-(2-吡啶基)乙烯)联苯; C: 1-甲基-4-(2-(4’-(2-(4-吡啶基)乙烯基)-4-联苯)乙烯基)吡啶碘盐; D: 1-甲基-2-(2-(4’-(2-(2-吡啶基)乙烯基)-4-联苯)乙烯基)吡啶碘盐; E: 4-(2-(9-丁基-9氢-3-咔唑)乙烯基)-1-甲基吡啶碘盐; F: 4-(2-(9-丁基-9氢-3-咔唑)乙烯基)-1-甲基喹啉碘盐)的结构-性能关系. 实验结果显示双光子吸收截面最大的是分子E, 高达617.3 GM; 最小的是分子B, 为19.3 GM(1 GM=10^-50 cm⁴·s·photon^-1). 实验研究结果表明, 分子中吡啶基团的对称性及其离子化对分子双光子吸收截面起很重要的作用; 进一步用理论计算证实了以上实验结论并对其机制进行了分析讨论.     

两类以芴为中心的有机分子双光子吸收特性

在密度泛函理论水平上, 利用响应函数方法研究了实验新合成的两类以芴为π中心的分子(SK-G1和NT-G1)的双光子吸收特性. 计算结果表明, 这两类有机分子都具有较大的单光子和双光子光吸收强度. 在低能量范围内, NT-G1分子的最大单光子吸收峰相对于SK-G1分子来说发生了红移, 且其最大单光子吸收强度是SK-G1分子的两倍. SK-G1和NT-G1分子的最大双光子吸收均发生在第二激发态. NT-G1分子的最大双光子吸收截面约是SK-G1分子的五倍, 并且NT-G1分子存在一个较宽的双光子吸收带. NT-G1分子的较强光学性质与分子内较大的电荷转移过程有关. 采用Onsager模型计算了溶剂分子对溶质分子单光子吸收性质的影响, 理论计算结果和实验测量结果符合得较好.     

基于4-氨基-1, 8萘酰亚胺的双光子荧光H2S探针光学性质与响应机理分析

基于密度泛函理论水平上的解析响应函数方法,采用极化连续模型(PCM)研究了两种新型的截断型双光子荧光H₂S探针AcHS-1, 2的单双光子吸收及荧光发射性质,并对其响应机制进行了理论分析.计算结果表明, AcHS-1, 2在与H₂S反应后,生成物的单双光子吸收性质特别是荧光发射性质发生了明显的变化,它们的吸收峰都有较大的红移.此外,不同末端基团对探针分子的光学性质也有一定的影响.分析了探针分子AcHS-1, 2与H₂S反应前后的Mulliken布居及电荷转移过程,反应后分子内电荷转移量增大,从而改变了分子的光学性质,实现了对H₂S的探测.     

Theoretical Study on One- and Two-Photon Absorption Properties of PPV Derivative with Electron-Donor Phenylanthracene as Pendent Group

Based on the equilibrium structures from quantum mechanics AM1 method, employing INDO/CI method and the sum-over-state （SOS） formula, the one-photon absorption （OPA） and two-photon absorption （TPA） properties as well as the second hyperpolarizabilities were discussed in detail for a kind of PPV derivative poly 2-（9-phenylanthracen-10-yl）-1,4-phenylenevinylene （P1）. The results indicate that the two-photon cross section （3） increases with the increasing of the number of repeating segment （n）, however only a slight increase corresponds to the increasing of molecular weight when the repeating unit number arrives at a certain number. From this point of view, the TPA cross section values of P1 were extrapolated through the linear fit of 3 value vs. 1/n. The δ value of P1 is as high as 181 GM （1 GM=10^-50 cm^4·s·photon^-1）. Concerning the influence of pendent group and extension of π-conjugation on 3 values, another four oligomers P2, PPV, P1-1, and P2-1 were investigated for comparison. The calculation results reveal that the position and property of pendent group have great influence on the OPA and TPA properties. A most crucial role for relatively larger 3 value was played by the extension of π-conjugation.     

具有大的双光子吸收截面的四羧酸二萘嵌苯衍生物的理论研究

用密度泛涵方法和ZINDO方法,从理论上研究了一系列四羧酸二萘嵌苯的衍生物(PTCDS)。对其平衡几何、电子结构和单双光子吸收性质进行了详细的计算研究。结果表明,此系列衍生物的双光子吸收截面主要由其主体结构(二萘嵌苯)决定。△EH-Lgap (HOMO与LUMO间的能隙)的减小,HOMO轨道能量的增大,分子主轴两端取代基给电子强度的增强,共轭长度的增大,分子刚性的增强都有利于此系列化合物双光子吸收截面的增大。并设计了比文献[22]报道的分子C有更大的双光子吸收截面的两个分子D1,D2。     

Theoretical Studies on the Absorption Spectra and Intramolecular Charge Transfer of Push-pull Zinc Porphyrin Dyes for Dye-sensitized Solar Cells

The electronic structures, absorption spectra and intramolecular charge transfer properties of five push-pull zinc porphyrin analogs with different donor group and π bridge have been investigated by density functio- nal theory(DFT) and TD(time-dependent)-DFT approach. The results show that the asymmetrical substituted diphenylamine group is favorable to the Q-band absorption of porphyrin dyes. The absence of the acetylenic bond in the π bridge part leads to the result that the B-band and the Q-band are blue-shifted and their absorption strength become weaker compared with that containing acetylenic bond, respectively. The introduction of the benzothiadiazole into the π bridge improves the intramolecular charge transfer.     

Theoretical Studies on One-photon and Two-photon Absorption Properties of Pyrene-core Derivatives

The analytic response theory at density functional theory level is applied to investigate one-photon and two-photon absorption properties of a series of recently synthesized pyrene-core derivatives. The theoretical results show that there are a few charge-transfer states for each compound in the lower energy region. The one-photon absorption properties of the five investigated compounds are highly consistent with those given by experimental measure-ments. The two-photon absorption intensities of the compounds are greatly enhanced with the increments of the molecular sizes, in which the two-photon absorption cross section of the four-branched compound is about 5.6 times of that of the mono-branched molecule. Further-more, it is shown that the two-photon absorption properties are sensitive to the geometrical arrangements.