芳环共轭体系光诱导分子内电荷转移机理的理论研究

论文摘要

由电子给体和电子受体部分构成的一系列有机共轭分子可以在光诱导下发生分子内的电荷转移反应,从而具有非线性光学和光-电转化等良好的性质,使其在非线性光学材料以及分子器件制造等领域具有广泛应用。正确理解这些共轭分子体系的光物理特性,对分子材料的光物理和光化学研究具有重要意义。本文通过高水平的量子化学计算,对几类芳香共轭体系的激发态与光诱导分子内电荷转移过程进行了系统的理论研究。获得的结果对建立光诱导分子内电荷转移机理、解决目前在这一研究领域的学术争论有积极意义。本论文共分三个部分:第一部分即第一章,简要介绍电子转移基本理论以及分子内电荷转移研究现状、学术争论等;第二部分即第二章,重点介绍本论文工作中所用到的处理激发态的量子化学计算方法;第三部分即第三章到第五章,是本论文的重点,通过对一些代表性芳香共轭分子体系的激发态性质与溶剂化效应的计算研究,探讨了光诱导分子内电荷转移（ICT）的机制以及相关的光物理和光化学等性质。主要研究工作包括以下几个方面:1.应用密度泛函和从头算计算方法,我们研究了4-二甲基氨苯腈（DMABN）及其甲基取代的衍生物的低能单、三重电子态的结构和性质。计算表明,苯环上甲基的取代以及氨基基团的扭转对分子激发态的性质有显著影响。一个扭转的分子内电荷转移单态（1TICT）可以由平面构型下具有电荷转移特征的第二激发态（S2）沿氨基扭转坐标驰豫而形成,或者由局域激发单态（1LE）经由分子内的电荷转移反应转化而成。基于计算和态交叉模型,阐明了DMABN分子的分子内电荷转移反应及其双重荧光

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光诱导的电子转移
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 光诱导电子转移的应用
• 1.2 光诱导的分子内电荷转移及双荧光现象
• 1.2.1 光诱导的分子内电荷转移
• 1.2.2 双荧光现象和分子内电荷转移激发态（ICT）
• 1.2.3 主要假设
• 1.3 本文工作
• 参考文献
• 第二章 激发态的量子化学计算方法
• 2.1 电子相关
• 2.2 建立在波函数概念上的激发态计算方法
• 2.2.1 Hartree－Fork自恰场方法
• 2.2.2 组态相互作用（CI）
• 2.2.3 CIS方法
• 2.2.4 多组态自恰场方法（MCSCF）
• 2.2.5 全活性空间二级微扰理论（CASPT2）
• 2.2.6 耦合簇方法（CC）
• 2.3 以电子密度为基本量的计算方法
• 2.3.1 密度泛函方法（DFT）
• 2.3.2 含时密度泛函方法（TDDFT）
• 参考文献
• 第三章 DMABN及其衍生物的激发态与分子内电荷转移
• 3.1 前言
• 3.2 计算细节
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 DMABN、3MDMABN和TMABN分子的低能激发态
• 3.3.2 DMABN分子的分子内电荷转移（ICT）反应及双荧光机制.
• 3.3.3 DMABN分子的电荷转移三重态
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 苯基吡咯与吡咯并吲哚的分子内电荷转移
• 4.1 前言
• 4.2 计算细节
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 苯基吡咯（PP）和吡咯并吲哚（FPP）的低能电子态
• 4.3.2 苯基吡咯和吡咯并吲哚分子的垂直跃迁能和吸收光谱
• 4.3.3 苯基吡咯和吡咯并吲哚分子的发射光谱及双荧光机制
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 DCM苯乙烯染料分子的分子内电荷转移及其光异构化机理
• 5.1 前言
• 5.2 计算细节
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 DCM分子结构及稳定性
• 5.3.2 DCM分子的吸收光谱
• 5.3.3 DCM低能电子态的势能曲线
• 5.3.4 DCM低能激发态的发射光谱
• 5.3.5 DCM分子的ICT机制及光异构化
• 5.4 结论
• 参考文献
• 论文总结
• 致谢