近十年,由于在顯示技術(shù)、光伏研究、可穿戴設(shè)備中具有應(yīng)用潛力,π共軛有機分子持續(xù)引發(fā)科研人員的研究興趣。線性多烯分子是具有共軛雙鍵直鏈狀結(jié)構(gòu)的分子,有非線性系數(shù)大、光電響應(yīng)快等特點,因此,它是研究π共軛體系典型分子之一。類胡蘿卜素包含有眾多種類的同分異構(gòu)體,其中最常見的有β-胡蘿卜素,其在自然界中分布廣泛,是研究π共軛有機體系的理想候選分子。分子間相互作用一直以來都是物理化學(xué)研究中的熱門領(lǐng)域,分子間相互作用具有多種多樣的形式,如同類分子相互作用,相變、π-π堆積等;分子間相互作用對π共軛分子的電子能隙（吸收光譜）,振動躍遷（拉曼、紅外光譜）有顯著的影響。研究分子間相互作用對充分開發(fā)利用π共軛分子的光電性能有重要作用。電子-聲子耦合是研究電子躍遷與分子振動過程中重要的物理量,電子-聲子耦合系數(shù)可以反映類胡蘿卜素分子激發(fā)態(tài)勢能面與基態(tài)勢能面的位移情況,并且類胡蘿卜素分子的有效共軛長度是影響該系數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)之一,因此,研究電子-振動耦合系數(shù)隨環(huán)境的分子相變時的電子-聲子耦合對研究類胡蘿卜素分子的光電功能有重要價值。本文利用吸收光譜、共振拉曼光譜、變溫和高壓等技術(shù)手段,以及負二階導(dǎo)數(shù)擬合法、二維... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

一些共軛低聚物，其中n是重復(fù)單元的數(shù)目，N是共軛長度，共軛結(jié)構(gòu)以藍色區(qū)域表示[18]

有效輔助了的生命科學(xué)的發(fā)展[22][23]。同期，理論研究也隨著激光器的問世有很大進展，基于量子理論的拉曼散射理論得到了驗證，利用多烯分子研究電子態(tài)和振動態(tài)之間的聯(lián)系成為了熱點[24]。Hückel分子軌道理論簡潔明了地給出了共軛對電子結(jié)構(gòu)的影響，這種方法主要關(guān)注于成鍵軌道π，和反鍵軌道π*，是由相鄰的碳原子p型軌道組成，而sp2軌道，形成了σ軌道[25]。這一理論發(fā)展也就形成之后我們常說的π-π*電子躍遷和分子軌道理論的最高被占據(jù)態(tài)（HUMO）和最低未占據(jù)態(tài)（LUMO），如類胡蘿卜素的吸收光譜就源于π-π*電子躍遷。圖1.2為典型的分子軌道示意圖[18]。圖1.2典型的分子軌道示意圖[18]此時，出現(xiàn)了許多關(guān)于共軛多烯分子的理論以及實驗研究，β-胡蘿卜素作為類胡蘿卜素分子的典型代表在研究中得到了廣泛使用[26]。深入研究后，研究人員發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素存在允許躍遷態(tài)和禁止躍遷態(tài)[27][30]。即S0(11Ag-)-S2(11Bu+)為允許躍遷，而S0(11Ag-)-S1(21Ag-)為禁止躍遷的，這是基于對稱性角度分析的結(jié)果。因此，吸收光譜中往往不能直接觀測到關(guān)于類胡蘿卜素S1激發(fā)態(tài)的光譜信號。而究竟是什么原因?qū)е铝诉@一現(xiàn)象，至今仍然沒有定論[31]。許多研究表明，

第一章緒論3共軛長度N較短的類胡蘿卜素具有較為明顯的熒光發(fā)光現(xiàn)象，而N>10的類胡蘿卜素分子熒光量子產(chǎn)率非常弱，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)這是由于S2-S1只有非常短暫的激發(fā)態(tài)馳豫時間(~300fs)，嚴重削弱了S2態(tài)發(fā)出的熒光[32]。類胡蘿卜素在生命科學(xué)中有著非常重要的地位，是由于其在光合作用中扮演了十分重要傳遞能量的角色。在光合作用中起主要作用的葉綠素在450-550nm區(qū)間無法獲得很多光子能量，而在該區(qū)間，地球表面的太陽輻射（光譜）具有最大強度，這正是類胡蘿卜素吸收強光的區(qū)域。他們能夠?qū)⑦@種激發(fā)能傳遞給葉綠素，從而使其能夠為光合作用提供動力(圖1.3)[33]。圖1.3太陽光譜和各種色素吸收光譜(左圖)，光能轉(zhuǎn)換過程示意圖植物光合作用經(jīng)過了長期演化發(fā)展出了獨特的光捕獲天線系統(tǒng)，以有效地收集太陽能。地球上的光養(yǎng)生物通過進化，開發(fā)了自己的具有特征吸收帶的獨特天線系統(tǒng)來吸收太陽輻射。比如在深海中的光合作用生物，其類胡蘿卜素的吸收帶處于紫外區(qū)域，這是由于在深海區(qū)域也只有能量較高的太陽輻射能夠抵達。學(xué)習(xí)植物們的智慧并復(fù)制自然界的光合作用，是開發(fā)高效光收集系統(tǒng)的關(guān)鍵，只有突破這一瓶頸才可以充分利用太陽光能，這不僅適用于人工光合作用，而且還適用于其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換[33]。類胡蘿卜素最大的特點是可以在各種環(huán)境下發(fā)揮其作用，而已知的理論往往沒有考慮外界環(huán)境的影響，鑒于類胡蘿卜素在自然界的廣泛分布，說明其一定具有廣泛適應(yīng)環(huán)境的特性。因此研究不同的環(huán)境因素對類胡蘿卜素的影響，不僅有助于理解共軛分子的物理化學(xué)特性，提供重要的理論參考價值，還可以為今后研制高效光能捕獲系統(tǒng)提供實驗參考。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]全反式類胡蘿卜醛（all-trans-β-Apo-8’-carotenal）的飛秒時間分辨瞬態(tài)吸收光譜[J]. 張蕾,全冬暉,汪力,楊國楨,翁羽翔.  中國科學(xué)G輯:物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué). 2004(01)



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