有机分子太赫兹光谱的实验与理论计算研究

论文摘要

太赫兹时域光谱（Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz-TDS）作为一种崭新的相干测量光谱技术能使人们从全新的角度,在分子水平上了解物质的结构特性及光谱响应机制。物质在太赫兹频段的吸收特性不仅和分子内模式有关,而且反映了来源于氢键以及范德华作用力等其它弱相互作用的分子间模式。有机分子在太赫兹频段具有丰富的特征吸收信息可以作为鉴别物质的“指纹谱”,研究物质的太赫兹光谱在物质鉴别、生物医学、安全检测、质量监控等领域具有极其重要的意义。本工作通过THz-TDS技术以及理论模拟的方法研究了苯甲酸及其钠盐、生物分子胞嘧啶以及高能炸药RDX的太赫兹光谱。实验结果表明,这些重要的有机分子在太赫兹频段具有鲜明的特征光谱。而且,本工作首次发现苯甲酸位于0.63THz处的吸收峰,补充完善了苯甲酸的太赫兹光谱数据。经调研,本工作也是首次报道了苯甲酸钠的太赫兹光谱研究,填补了苯甲酸钠在太赫兹频段光谱信息的空白。在理论模拟工作中,对于单体和“气相”二聚体,主要采用Hartree-Fock方法、二阶M（?）ller-Plesset微扰理论（MP2）以及密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）（B3LYP杂化泛函）进行几何结构的全优化和振动模式分析。固体晶体的理论模拟采用考虑了周期性边界条件的赝势平面波（Pseudo-potential Plane Wave, PPW）密度泛函方法进行结构优化和晶格动力学计算,成功地辨识了苯甲酸及胞嘧啶在可观测太赫兹频谱范围内的所有特征吸收峰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 导论
• 1.1 光谱与太赫兹波段
• 1.2 分子振动与红外吸收
• 1.3 太赫兹时域光谱
• 1.4 太赫兹时域光谱独特性质
• 1.5 太赫兹光谱应用
• 1.6 太赫兹光谱分析现状与问题
• 1.7 本论文的主要工作
• 第二章 实验研究与理论方法
• 2.1 太赫兹时域光谱实验系统
• 2.2 样品制备
• 2.3 电子结构理论
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 Hartree-Fock自洽场方法（HF SCF）
• 2.3.3 二阶M（?）ller-Plesset微扰理论（MP2）
• 2.3.4 密度泛函理论（DFT）
• 2.3.5 LDA和GGA
• 2.3.6 两个著名密度泛函B3LYP和PBE
• 2.4 基组与基组函数
• 2.4.1 STO和GTO
• 2.4.2 压缩Gaussian基组
• 2.4.3 最小基组
• 2.4.4 劈裂价键基组
• 2.4.5 极化基组
• 2.4.6 弥散基组
• 2.5 平面波与赝势
• 2.6 理论方法小结
• 第三章 苯甲酸与苯甲酸钠太赫兹光谱研究
• 3.1 苯甲酸太赫兹光谱研究
• 3.1.1 苯甲酸简介
• 3.1.2 苯甲酸样品制备
• 3.1.3 实验测试结果
• 3.1.4 理论分析与讨论
• 3.2 苯甲酸钠太赫兹光谱研究
• 3.2.1 苯甲酸钠简介
• 3.2.2 苯甲酸钠样品制备
• 3.2.3 实验测试结果
• 3.2.4 理论分析与讨论
• 第四章 胞嘧啶与RDX太赫兹光谱研究
• 4.1 胞嘧啶太赫兹光谱研究
• 4.1.1 胞嘧啶简介
• 4.1.2 胞嘧啶样品制备
• 4.1.3 实验测试结果
• 4.1.4 理论分析与讨论
• 4.2 RDX太赫兹光谱研究
• 4.2.1 RDX简介
• 4.2.2 RDX样品制备
• 4.2.3 实验测试结果
• 4.2.4 理论分析与讨论
• 第五章 总结
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢