分子馬達(dá)是迄今為止人類制造出的最小的機(jī)器,在外界能量的供應(yīng)下能持續(xù)不斷地進(jìn)行定向旋轉(zhuǎn)。分子馬達(dá)在生命科學(xué)領(lǐng)域十分常見,例如ATP合酶就能夠?qū)Υ嬖贏TP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為對外單向旋轉(zhuǎn)做功的機(jī)械能。目前人類合成的大多數(shù)為光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)。在合適的光源的照射下,光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)能夠發(fā)生定向旋轉(zhuǎn),以對外做功的形式將光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)過程主要由光異構(gòu)化步驟和熱異構(gòu)化步驟組成。光異構(gòu)化過程是分子馬達(dá)吸收光能對外做功的主要過程;而熱異構(gòu)化過程是限制分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速率的過程,也稱之為轉(zhuǎn)速限制過程。提升分子馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是其投入實(shí)際應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)。利用量子化學(xué)方法對分子馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)過程進(jìn)行理論計(jì)算模擬,能夠幫助人們定量地分析分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)過程中關(guān)鍵物理量的變化,以便更加全面的認(rèn)知分子馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)機(jī)制。而且能幫助人們更加容易地構(gòu)造出轉(zhuǎn)速更快的理論設(shè)計(jì)。因此,本文運(yùn)用ωB97X-D長程校正雜化密度泛函方法結(jié)合double-ζ SVP基組對兩種亞胺類光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)進(jìn)行了全面的理論化學(xué)計(jì)算,并對每種分子馬達(dá)提出了各自的旋轉(zhuǎn)機(jī)制。其中,參與計(jì)算的兩種分子馬達(dá)分別為柔性定子亞胺類光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬...

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 分子馬達(dá)發(fā)展概論
        1.1.1 分子馬達(dá)的出現(xiàn)背景
        1.1.2 目前主要的光驅(qū)動型旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)類型
        1.1.3 亞胺類光驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)
    1.2 理論化學(xué)計(jì)算分子馬達(dá)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要研究內(nèi)容
第二章 理論計(jì)算方法綜述
    2.1 基態(tài)優(yōu)化
        2.1.1 分子馬達(dá)5的基態(tài)優(yōu)化
        2.1.2 分子馬達(dá)6的基態(tài)優(yōu)化
    2.2 激發(fā)態(tài)計(jì)算及掃描
        2.2.1 激發(fā)態(tài)計(jì)算
        2.2.2 光過程模擬計(jì)算
    2.3 過渡態(tài)搜索及優(yōu)化
        2.3.1 過渡態(tài)搜索計(jì)算
        2.3.2 熱過程模擬計(jì)算
    2.4 小結(jié)
第三章 亞胺類分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)機(jī)制及提升轉(zhuǎn)速的理論設(shè)計(jì)
    3.1 分子馬達(dá)5的旋轉(zhuǎn)機(jī)制
        3.1.1 分子馬達(dá)5的穩(wěn)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)及過渡態(tài)構(gòu)型
        3.1.2 分子馬達(dá)5的光異構(gòu)化過程
        3.1.3 分子馬達(dá)5的熱異構(gòu)化過程
        3.1.4 分子馬達(dá)5的旋轉(zhuǎn)機(jī)制
    3.2 分子馬達(dá)6的旋轉(zhuǎn)機(jī)制
        3.2.1 分子馬達(dá)6的基態(tài)構(gòu)型優(yōu)化及激發(fā)態(tài)模擬計(jì)算結(jié)果
        3.2.2 分子馬達(dá)6ⅰ的旋轉(zhuǎn)機(jī)制
        3.2.3 分子馬達(dá)6ⅱ的旋轉(zhuǎn)機(jī)制
    3.3 轉(zhuǎn)速更快的理論設(shè)計(jì)
第四章 基于處理計(jì)算數(shù)據(jù)的算法設(shè)計(jì)
    4.1 笛卡爾坐標(biāo)的提取與空間變換
        4.1.1 笛卡爾坐標(biāo)的平移變換
        4.1.2 笛卡爾坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)變換
        4.1.3 笛卡爾坐標(biāo)的對齊變換
    4.2 海森矩陣的提取與格式重排
    4.3 關(guān)于計(jì)算分子轉(zhuǎn)動慣量與扭矩的算法設(shè)計(jì)
        4.3.1 分子轉(zhuǎn)動慣量的算法設(shè)計(jì)
        4.3.2 分子扭矩的算法設(shè)計(jì)
第五章 總結(jié)展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及申請的專利
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3783343