共轭性取代对咔唑类衍生物结构和光谱性质影响的理论研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD。DFT)对咔唑的6种共轭基团取代衍生物的电子结构和吸收光谱性质进行了比较研究。对衍生物的基态分子结构运用B3LYP/6-31G(d)水平进行全优化,分析了电荷的分布和前线分子轨道等性质。结果表明,与母体咔唑相比,各衍生物均形成了分子内氢键,共轭体系的π键成分增大,能级差减小,激发能降低,分子的最大吸收波长向长波方向移动,即发生红移。前线分子轨道分析表明该类化合物吸收光谱主要对应分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π-π~*跃迁。共轭性基团的引入扩大了分子结构的共轭范围,增强了分子内电子的转移,改善了咔唑类化合物的光电性能。本文为新型含咔唑基团的光电功能材料的设计合成提供了理论参考。     

线型聚(N-杂环化)硅烷体系的电子结构与光谱性质的比较研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对线型(N-杂环化)硅烷低聚体系与简单聚硅烷的电子结构和吸收光谱性质进行了比较研究。对各体系的基态分子结构在B3LYP/6-31G**水平上进行了全优化,讨论了电荷分布和前线分子轨道性质。在获得基态稳定构型的基础上,应用含时密度泛函理论计算了电子吸收光谱的性质。计算结果显示,当主链硅原子被氮杂环环化后,由于空间位阻作用使相邻硅硅键明显伸长,使主链结构变得松散。但同时改善了分子主链的电子离域范围,增强了分子结构的可塑性。随着氮杂环数目的增加,低聚硅烷的电子吸收光谱发生明显的红移。氮杂环的引入对聚硅烷的最大吸收光谱带影响非常大。     

白芷香豆素分子电子结构及光谱性质的理论研究

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-31+G**水平上对白芷中的5种香豆素类化合物分子几何构型进行全优化:用含时密度泛函理论在相同水平对上述化合物分子进行电子吸收光谱研究.为模拟真实条件,采用PCM模型,以甲醇为溶剂,计算其对分子电子结构和光谱性质的影响.计算结果表明:标题化合物分子母环发生共轭形成大π键,为刚性...     

酸、碱性条件下茜素红紫外-可见光谱的量子化学研究

茜素红(ARS)是葸醌类化合物中茜草素型的一种,被广泛应用于电化学、光谱学等领域的研究。在酸性溶液中,茜素红主要在260 nm和422 nm处出现明显的吸收峰,而在碱性溶液中吸收峰移动到272 nm和556 nm。为了分析不同溶液环境对茜素红吸收峰波长的影响,本研究在杂化密度泛函方法B3LYP/6-311+(d)水平上优化了ARS分子在酸、碱性情况时的稳定基态构型,并采用含时密度泛函(time-dependent density functional theory,TD-DFT)方法模拟了ARS分子的电子吸收光谱。计算结果与实验得到的紫外可见吸收光谱相吻合,说明密度泛函理论用来研究茜素红的紫外可见光谱是有效可靠的。通过计算还确定了每个吸收峰对应的各个电子跃迁的贡献率以及Mulliken电荷分布。该理论与实验的结合研究为茜草素型化合物的进一步应用、分子设计、药物构效关系和化学反应规律的研究提供了重要的参考依据。     

边缘氢化石墨烯片层结构和光谱性质的密度泛函理论研究

以并3-6苯环为氢化石墨烯片层模型,采用量子化学密度泛函理论方法(DFT)在B3LYP/6-31G(d,p)水平上进行了几何结构全优化,讨论了分子结构、能量、前线分子轨道等性质的变化规律。在得到化合物基态稳定构型的基础上,运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了电子吸收光谱的性质。计算结果显示边缘氢化石墨烯片层均为平面结构,线型扶手椅型结构能量最低,结构最稳定。随着石墨烯片层环数的增加HOMO轨道能量增加,LUMO轨道能量降低,能隙能量降低,最大吸收波长明显红移。     

氯代二苯并二(口恶)英(PCDDs)的光谱性质的理论研究

用含时密度泛函理论(TDDFT)和差分密度泛函理论(△SCF-DFT)研究了氯代二苯并二恶英(PCDDs)的紫外可见电子吸收光谱。通过对分子轨道组成成份的详细分析以及电子跃迁过程的模拟,对吸收光谱中的每个峰进行了归属。同时研究了氯取代基对PCDDs吸收光谱的影响,发现随着氯取代基数目的增加,在低能区激发能几乎没有变化,而在较高能区激发能迅速降低,这与TCDD光谱图中第一个峰是氧和碳环之间的电子跃迁相一致。这说明与氯取代基相关的跃迁位于高能区,故用光降解方法试图减少氯取代基数目以降低PCDDs的毒性是不可能有效的。     

新型咔唑衍生物密度泛函理论的研究

运用量子化学中的密度泛函和含时密度泛函理论法,计算1种新型咔唑衍生物,以探讨其几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质。计算结果表明当2-(4-吡啶基)乙烯基的反式构型与咔唑环作用时比顺式稳定,引入取代基后使化合物的HOMO和LUMO之间的能隙降低,吸收光谱红移。电子被激发时,电子从咔唑环向吡啶环转移,说明新型咔唑类化合物具有很好的光学性能,可以作为空穴传输材料。     

氯代二苯并二噁英(PCDDs)的光谱性质的理论研究

用含时密度泛函理论（TDDFT）和差分密度泛函理论（ASCF—DFT）研究了氯代二苯并二嗯英（PCDDs）的紫外可见电子吸收光谱。通过对分子轨道组成成份的详细分析以及电子跃迁过程的模拟，对吸收光谱中的每个峰进行了归属。同时研究了氯取代基对PCDDs吸收光谱的影响，发现随着氯取代基数目的增加，在低能区激发能几乎没有变化，而在较高能区激发能迅速降低，这与TCDD光谱图中第一个峰是氧和碳环之间的电子跃迁相一致。这说明与氯取代基相关的跃迁位于高能区，故用光降解方法试图减少氯取代基数目以降低PCDDs的毒性是不可能有效的。     

1-吡啶-3-[4-(苯基偶氮)苯基]-三氮烯异构体基态和激发态电子结构和光谱性质理论研究

采用B3LYP/6-310*方法,对1-吡啶-3-[4-(苯基偶氮)苯基]-三氮烯(PYPAPT)各异构体进行优化,同时用ab initio HF单激发组态相互作用(CIS)法在6-31G*基组上优化各异构体最低激发单重态几何结构,并探讨了其分子结构与能量的关系,计算结果表明:(1)所有基态异构体基本保持Cs对称性,各原子基本处在同一平面中,而激发态各异构体分子的共轭性不如基态分子,在激发态分子中与偶氮相连的另一苯环与三氮烯及与其相连的苯和吡啶环都不在一个平面;(2)无论在气相中还是在二氯甲烷(DCM,ε=8.93),乙醇(EtOH,ε=24.55)和乙腈(ACN,ε=36.64)溶剂中,基态时PYPAPT主要以M11存在,激发态时为J11较稳定。运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了PYPAPT基态和激发态各异构体在溶剂中的吸收与发射光谱,研究了溶剂模型对理论光谱的影响。计算结果表明,PYPAPT各异构体基态和激发态的HOMO和LUMO都是离域π键,随着溶剂极性的增强,HOMO和LUMO轨道能量都逐渐下降。理论电子光谱证实,PYPAPT各异构体的吸收光谱随溶剂极性的增强略微红移,吸收强度也有微弱升高;最...     

丹参酮分子结构及光谱性质的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G水平上对丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、隐丹参酮3个典型的丹参酮类化合物分子几何构型进行优化,分析分子前线轨道能级及分布特征.用含时密度泛函理论(TD-DFT)在相同水平对上述化合物分子进行电子吸收光谱研究.并且以乙醇为溶剂,计算其对分子结构和光谱性质的影响.计算结果表明:丹参酮Ⅰ分子骨架发生共轭形成大π键,为刚性的平面分子结构;丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、隐丹参酮分子共轭体系依次缩小.分子HOMO-LUMO能隙随着分子共轭体系的减少而增大.3个分子的九λmax均主要来源于电子的π→π跃迁.乙醇对上述化合物分子结构和光谱性质有一定影响,吸收光谱均发生红移.同时还发现,乙醇改变了丹参酮Ⅰ的λmax主要电子跃迁来源轨道.丹参酮Ⅰ在气相条件下λmax主要来源于分子中的HOMO→LUMO+2的π→π跃迁;而在乙醇中λmax主要来源于HOMO-5→LUMO的π→π跃迁,该跃迁存在明显的分子内电子转移现象.     

8-羟基喹啉衍生物密度泛函理论的研究

运用量子化学中的密度泛函理论(TD-DFT)法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平上,理论计算两种新型的8-羟基喹啉衍生物,5-[(4-E-苯乙烯基)-苯甲亚胺基]-8-羟基喹啉(1)和5-[(4-溴-2-氟)苯甲亚胺基]-8-羟基喹啉(2).探讨化合物(1)和(2)的几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质.结果表明由于引入取代基使体系的HOMO与LUMO之间的能隙降低,增强了与金属铝配位的能力;电子吸收光谱与实验数据基本吻合.     

The effect of different π-bridge configuration on bi-anchored triphenylamine and phenyl modified triphenylamine based dyes for dye sensitized solar cell (DSSC) application: A theoretical approach

Twenty eight bi-anchored triphenylamine (TH-1 to TH-14) and phenyl modified triphenylamine (PH-TH-1 to PH-TH-14) based metal free organic dyes are designed for DSSC application. The electronic effect of different π-bridge configurations in donor-π-bridge-acceptor (D-π-A)₂ structure was theoretically simulated and verified using density functional theory (DFT) and time dependent density functional theory (TD-DFT). The triphenylamine and phenyl modified triphenylamine groups are used as donor and cyanoacrylic acid group is used as acceptor. Thiophene and cyanovinyl groups are used as π-bridge. The ground state molecular structure was optimized by density functional theory and the electronic absorption spectra were calculated by time dependent density functional theory. The light harvesting efficiency (LHE), dye regeneration energy (ΔG_reg) and electron injection energy (ΔG_inject) are determined by computational examination. It is observed that, when the number of π-bridge increases, the band gap of the dye decreases. Also the absorption maximum and molar extinction coefficient of the dyes are increased. Theoretical result shows that the thiophene-cyanovinyl and thiophene-thiophene-cyanovinyl–cyanovinyl configurations give broader and red shifted absorption spectrum compared to other configurations. Also the results of phenyl modified triphenylamine (PH-TH) dyes clearly show better absorption and dye regeneration energy compared to TH dyes.     

Modeling of multifunctional donor-bridge-acceptor 4,6-di(thiophen-2-yl)pyrimidine derivatives: A first principles study

We have modeled multifunctional compounds by pi-elongation and push–pull strategy from the 4,6-di(thiophen-2-yl)pyrimidine. The ground state geometries have been optimized by density functional theory while excited state geometries were optimized by time dependent density functional theory (TDDFT). Structure–property relationship, electronic, optical and charge transfer properties (ionization potential, electron affinity and reorganization energies) were computed and discussed. By TDDFT absorption and emission have been calculated. The computed parameters were compared with available experimental data. The long-range corrected functional (LC-BLYP) is overestimating the highest occupied and lowest unoccupied molecular orbital energies, energy gaps while underestimating the absorption and fluorescence wavelengths. The B3LYP is good to reproduce the experimental data. The intra-molecular charge transfer has been observed from highest occupied molecular orbitals to lowest unoccupied molecular orbitals. The strong electron withdrawing and electron donor groups efficiently reduce the energy gaps. The decrease injection barrier and smaller reorganization energies are revealing that our designed derivatives would be efficient hole as well as electron transfer materials. These derivatives would be good light emitters e.g. blue, green, orange, red and near IR. The predicted values showed that the designed derivatives would be efficient for the organic field effect transistors, photovoltaics and light emitters.     

吡嗪类硝基衍生物结构与爆轰性能的DFT研究

采用B3LYP/6-311++G**方法对26种硝基吡嗪类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有优化后的化合物结构均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了26种化合物的密度,随着硝基数目的增加,密度增加;并设计等键等电子反应计算了其生成焓及其热力学性质,硝基数目逐渐增加时,Cp、S...     

Effect of surface passivation on optical and electronic properties of ultrathin silicon nanosheets

The binding energy,electronic structure and optical properties of H-,H 3 C-,and HS-cluster-passivated ultrathin silicon (single-layer and double-layer) nanosheets were calculated using density functional theory based on the plane-wave ultra-soft pseudopotential.Firstly,the most stable configuration was selected from passivated configurations according to the principle of lowest energy after calculating their total energies.Then the density of state and the band structure of the different passivated systems were calculated.It was found that different passivation clusters could affect the forbidden band,theremore the passivated cluster with sulfur could greatly decrease the width of the forbidden band through electron transfer.Lastly,the light absorption and reflection properties were also investigated.All results were conducive to the development of silicon-based optoelectronic devices.     

苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的共轭聚合物光伏材料的能隙的理论研究

共轭聚合物材料的吸收谱带和能隙是影响太阳能电池(PSCs)能景转换效率(PCE)的主要因素,为了预测吸收谱带和能隙提高新型共轭聚合物的光伏性能,用量子化学方法计算了具有不同共轭单体的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)的吸收光谱和能隙.基态分子结构优化用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法及6-31G(d)基组,吸收光谱和最低激发能(Eg)用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算.聚合物的△H-L和Eg值用外推法计算,而且提出了相关参数用以调控共轭聚合物能隙和吸收谱带.计算结果与实验结果相符.     

米力农互变异构的理论计算

采用B3LYP/6-311G(d,P)法,分析米力农分子的酮式与烯醇式构型的构象.再采用相同方法,在气相和水相中计算并考察烯醇式与酬式结构互变时,质子迁移的两种可能途径:(a)分子内质子迁移,(b)水助质子迁移.结果表明,后者所需的活化能较小,氢键在降低反应活化能方面起重要作用,PCM溶剂化对分子几何结构参数和反应活化能的影响较小.     

用密度泛函理论研究非诺贝特的构象和振动光谱

采用密度泛函B3LYP方法在6-31G*水平上对降血酯药物非诺贝特的构象和振动光谱进行了研究,得到了非诺贝特分子的平衡结构参数,并同文献中报道的非诺贝特晶体结构进行了比较,计算了目标分子在平衡构型下的振动基频和强度,计算结果表明,能量最低的构象其构型参数与实验值吻合最好,键长和键角分别只相差0.0123 A和1.52°,计算得到的红外图谱与实验结果相吻合,根据DFT计算的振动模式和IR光谱强度值对目标分子的实验振动基频进行了合理的指认和解释.