本文關(guān)鍵詞：若干有機(jī)功能材料光學(xué)性質(zhì)的理論研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的先導(dǎo)和基石,近年來(lái),有機(jī)功能材料作為一種具有優(yōu)良光電物理性質(zhì)的新材料吸引了國(guó)內(nèi)外科研工作人員的極大研究興趣,成為當(dāng)前科研領(lǐng)域的前沿問(wèn)題和研究熱點(diǎn)。同時(shí),伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和量子化學(xué)模型的飛速發(fā)展,計(jì)算量子化學(xué)的組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法(Combined Quantum Mechanical and Molecular Mechanical methods:QM/MM)已經(jīng)成為材料、生物和化學(xué)學(xué)科中的重要有效計(jì)算研究工具。本論文的主要內(nèi)容是采用第一性原理方法(ab initio)、分子動(dòng)力學(xué)(Molecular Dynamics:MD)模擬和組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法進(jìn)行理論研究,研究了若干有機(jī)功能材料的光學(xué)性質(zhì)和光學(xué)機(jī)理,側(cè)重研究分子聚集的動(dòng)力學(xué)過(guò)程、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜環(huán)境對(duì)有機(jī)分子的光學(xué)性質(zhì)和光學(xué)機(jī)理的影響,論文內(nèi)容由如下幾章組成。第一章為緒論,對(duì)論文工作的背景及選題進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。首先對(duì)有機(jī)功能材料和量子計(jì)算化學(xué)的組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。然后描述了工作的研究設(shè)想和具體的研究方法。最后介紹了研究工作所選擇的具體體系、擬解決的問(wèn)題和研究目的。第二章為理論背景方法,對(duì)計(jì)算涉及的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。首先從玻恩-奧本海默(Born-Oppenheimer:BO)近似開(kāi)始,介紹了基于波函數(shù)理論的哈特里-福克(Hartree-Fock:HF)方法和后哈特里-�？�(post-HF)方法等。然后著重介紹了密度泛函理論(Density Functional Theory:DFT),對(duì)霍恩貝格-科恩(Hohenberg-Kohn:HK)定理和科恩-沈呂九(Kohn-Sham:KS)方程進(jìn)行了簡(jiǎn)要推導(dǎo),對(duì)傳統(tǒng)的局域密度泛函、梯度矯正泛函和雜化泛函與新近發(fā)展的后梯度矯正泛函、超梯度矯正泛函、雙雜化泛函和長(zhǎng)程密度泛函進(jìn)行了討論,對(duì)可以進(jìn)行激發(fā)態(tài)計(jì)算的線(xiàn)性響應(yīng)含時(shí)密度泛函理論也進(jìn)行了介紹。接著介紹了分子(動(dòng))力學(xué)的相應(yīng)理論基礎(chǔ),分子力場(chǎng)的模型和分子動(dòng)力學(xué)模擬的原理。最后介紹了結(jié)合量子力學(xué)和分子力學(xué)方法優(yōu)點(diǎn)的組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法,組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法的理論模型、近似處理手段和ONIOM方法,并對(duì)組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法的應(yīng)用體系和計(jì)算軟件進(jìn)行了討論。第三章為對(duì)二甲氧基四苯基乙烯分子(dimethoxy-tetraphenylethylen:DMO-TPE)的相應(yīng)研究。研究了二甲氧基四苯基乙烯分子在水溶液中的聚集過(guò)程、相應(yīng)的聚集體結(jié)構(gòu)和聚集誘導(dǎo)發(fā)射機(jī)理。發(fā)現(xiàn)二甲氧基四苯基乙烯分子在水溶液中的聚集過(guò)程的時(shí)間尺度在納秒量級(jí),小于一般的生物學(xué)過(guò)程的時(shí)間尺度,可以應(yīng)用在生物體系作為生物探測(cè)器。聚集體的尺度與濃度相關(guān),在低濃度下形成孤立的聚集體,在高濃度下形成鎖鏈結(jié)構(gòu)的聚集體,水分子通過(guò)與二甲氧基四苯基乙烯分子形成兩種類(lèi)型的氫鍵參與到聚集體結(jié)構(gòu)中,整個(gè)聚集體表現(xiàn)出J類(lèi)型聚集體的特征。分子環(huán)境對(duì)二甲氧基四苯基乙烯分子構(gòu)型有非常顯著的影響,對(duì)于在氣相或溶液中的孤立分子來(lái)說(shuō),電子激發(fā)會(huì)導(dǎo)致非常大的內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)聚集體環(huán)境來(lái)說(shuō),聚集體的空間位阻效應(yīng)極大地限制了分子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),相應(yīng)地增加了發(fā)射過(guò)程的躍遷偶極距,隨即增加了發(fā)射效率。分子內(nèi)旋受阻是聚集誘導(dǎo)發(fā)射的相應(yīng)機(jī)理。理論預(yù)測(cè)的光譜與實(shí)驗(yàn)光譜吻合的很好。第四章為對(duì)鋨戊搭烯陽(yáng)離子(Osmapentalyne Cation:OC)的相應(yīng)研究。研究了鋨戊搭烯陽(yáng)離子在水和乙醇混合溶液中的大的斯托克位移和聚集增強(qiáng)發(fā)射的機(jī)理。發(fā)現(xiàn)鋨戊搭烯陽(yáng)離子光激發(fā)后鋨環(huán)結(jié)構(gòu)的變形是大的斯托克位移的原因,在氣相環(huán)境中,鋨戊搭烯陽(yáng)離子激發(fā)后鋨原子脫離鋨環(huán)平面達(dá)到17。,在水和乙醇溶液環(huán)境中,鋨戊搭烯陽(yáng)離子激發(fā)后鋨環(huán)會(huì)具有更高的對(duì)稱(chēng)性。鋨戊搭烯陽(yáng)離子的三苯基磷的保護(hù)基團(tuán)參與到發(fā)射過(guò)程中。在水和乙醇混合溶液中的聚集體結(jié)構(gòu)中的鋨戊搭烯陽(yáng)離子吸收和發(fā)射能量與孤立鋨戊搭烯陽(yáng)離子吸收和發(fā)射能量非常接近,這是因?yàn)榇嬖谌交妆Ｗo(hù)基團(tuán)的效果,雖然聚集體環(huán)境對(duì)躍遷能影響很小,但是會(huì)通過(guò)H類(lèi)型或J類(lèi)型聚集體增強(qiáng)發(fā)射強(qiáng)度,這就是鋨戊搭烯陽(yáng)離子聚集誘導(dǎo)增強(qiáng)的機(jī)理。理論預(yù)測(cè)的光譜增強(qiáng)趨勢(shì)符合實(shí)驗(yàn)光譜的增強(qiáng)趨勢(shì)。第五章為對(duì)酞菁分子(Metal-free Phthalocyanine:H2Pc)的相應(yīng)研究。研究了酞菁分子在氣相環(huán)境中、四氫呋喃溶液環(huán)境中和薄膜環(huán)境中的光學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)在氣相環(huán)境中,酞菁分子會(huì)發(fā)生順?lè)串悩?gòu)化反應(yīng),反式酞菁分子會(huì)對(duì)光譜造成影響；在四氫呋喃溶液環(huán)境中,酞菁分子很少發(fā)生順?lè)串悩?gòu)化反應(yīng),光譜主要由酞菁分子貢獻(xiàn)。薄膜環(huán)境中,酞菁分子的聚集體效果非常明顯,同時(shí)會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移,酞菁分子二聚體在發(fā)射構(gòu)型下電荷轉(zhuǎn)移量接近1單位基本電荷。酞菁分子的聚集體效果會(huì)對(duì)吸收和發(fā)射光譜造成顯著的影響,光譜峰的位置和線(xiàn)型都發(fā)生了改變。理論預(yù)測(cè)的酞菁分子在薄膜環(huán)境中的光譜與實(shí)驗(yàn)光譜吻合的很好。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)功能材料 分子動(dòng)力學(xué) 組合分子力學(xué)和量子力學(xué)方法 二甲氧基四苯基乙烯分子 聚集誘導(dǎo)發(fā)射 鋨戊搭烯陽(yáng)離子 斯托克位移 聚集增強(qiáng)發(fā)射 酞菁分子 順?lè)串悩?gòu)化 聚集體效果 電荷轉(zhuǎn)移效果
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB34
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-16
• 參考文獻(xiàn)15-16
• 第二章 量子化學(xué)理論基礎(chǔ)16-38
• 2.1 波函數(shù)理論16-19
• 2.1.1 玻恩-奧本海默(Born-Oppenhemr)近似16-17
• 2.1.2 哈特里-�？�(Hatree-Fock)方程17-18
• 2.1.3 后哈特里-�？�(post-HF)方法18-19
• 2.2 密度泛函理論19-24
• 2.2.1 霍恩貝格-科恩(Hohenberg-Kohn)定理19-20
• 2.2.2 科恩-沈呂九(Kohn-Sham)方程20-21
• 2.2.3 交換相關(guān)能量泛函21-22
• 2.2.4 長(zhǎng)程修正泛函22
• 2.2.5 含時(shí)密度泛函22-24
• 2.3 分子動(dòng)力學(xué)理論24-27
• 2.3.1 分子力場(chǎng)基礎(chǔ)24-26
• 2.3.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬原理26-27
• 2.4 組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法27-32
• 2.4.1 組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法基礎(chǔ)27-29
• 2.4.2 組合量子力學(xué)與分子力學(xué)方法相互作用能模型29-30
• 2.4.3 界面鍵處理方法30
• 2.4.4 ONIOM方法介紹30-32
• 參考文獻(xiàn)32-38
• 第三章 二甲氧基四苯基乙烯分子在溶液中的聚集誘導(dǎo)發(fā)射機(jī)理的理論研究38-60
• 3.1 研究背景38-39
• 3.2 研究方法39-40
• 3.3 計(jì)算結(jié)果40-54
• 3.3.1 孤立二甲氧基四苯基乙烯分子在氣相和溶液中的性質(zhì)40-44
• 3.3.2 二甲氧基四苯基乙烯分子的聚集過(guò)程44-47
• 3.3.3 二甲氧基四苯基乙烯聚集體性質(zhì)47-53
• 3.3.4 二甲氧基四苯基乙烯的濃度依賴(lài)的聚集誘導(dǎo)發(fā)射效果53-54
• 3.4 總結(jié)54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 第四章 鋨戊搭烯陽(yáng)離子在溶液中的斯托克位移及聚集增強(qiáng)發(fā)射機(jī)理的理論研究60-86
• 4.1 研究背景60-61
• 4.2 研究方法61-62
• 4.3 計(jì)算結(jié)果62-79
• 4.3.1 鋨戊搭烯陽(yáng)離子的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)62-70
• 4.3.2 鋨戊搭烯陽(yáng)離子的聚集增強(qiáng)發(fā)射機(jī)理70-79
• 4.4 總結(jié)79-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 第五章 酞菁分子在氣相、溶液和薄膜環(huán)境中的光學(xué)性質(zhì)的理論研究86-112
• 5.1 研究背景86-87
• 5.2 研究方法87-89
• 5.3 計(jì)算結(jié)果89-106
• 5.3.1 孤立酞菁分子和反式酞菁分子在氣相和溶液中的光學(xué)性質(zhì)89-95
• 5.3.2 酞菁分子在薄膜環(huán)境中的光學(xué)性質(zhì)95-106
• 5.4 總結(jié)106-108
• 參考文獻(xiàn)108-112
• 致謝112-114
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果114

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張雙;秦安軍;孫景志;唐本忠;;聚集誘導(dǎo)發(fā)光機(jī)理研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年04期

  本文關(guān)鍵詞：若干有機(jī)功能材料光學(xué)性質(zhì)的理論研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：320564