亚胺类光驱动旋转马达工作机理及性能提升的理论设计

发布时间：2023-04-05 11:36

　　分子马达是迄今为止人类制造出的最小的机器,在外界能量的供应下能持续不断地进行定向旋转。分子马达在生命科学领域十分常见,例如ATP合酶就能够将储存在ATP中的化学能转化为对外单向旋转做功的机械能。目前人类合成的大多数为光驱动旋转分子马达。在合适的光源的照射下,光驱动旋转分子马达能够发生定向旋转,以对外做功的形式将光能转化为机械能。光驱动旋转分子马达的旋转过程主要由光异构化步骤和热异构化步骤组成。光异构化过程是分子马达吸收光能对外做功的主要过程;而热异构化过程是限制分子马达旋转速率的过程,也称之为转速限制过程。提升分子马达的转速是其投入实际应用的一大挑战。利用量子化学方法对分子马达的旋转过程进行理论计算模拟,能够帮助人们定量地分析分子马达旋转过程中关键物理量的变化,以便更加全面的认知分子马达的旋转机制。而且能帮助人们更加容易地构造出转速更快的理论设计。因此,本文运用ωB97X-D长程校正杂化密度泛函方法结合double-ζ SVP基组对两种亚胺类光驱动旋转分子马达进行了全面的理论化学计算,并对每种分子马达提出了各自的旋转机制。其中,参与计算的两种分子马达分别为柔性定子亚胺类光驱动旋转分子马...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 分子马达发展概论
        1.1.1 分子马达的出现背景
        1.1.2 目前主要的光驱动型旋转分子马达类型
        1.1.3 亚胺类光驱动旋转分子马达
    1.2 理论化学计算分子马达研究现状
    1.3 论文主要研究内容
第二章 理论计算方法综述
    2.1 基态优化
        2.1.1 分子马达5的基态优化
        2.1.2 分子马达6的基态优化
    2.2 激发态计算及扫描
        2.2.1 激发态计算
        2.2.2 光过程模拟计算
    2.3 过渡态搜索及优化
        2.3.1 过渡态搜索计算
        2.3.2 热过程模拟计算
    2.4 小结
第三章 亚胺类分子马达旋转机制及提升转速的理论设计
    3.1 分子马达5的旋转机制
        3.1.1 分子马达5的稳态、亚稳态及过渡态构型
        3.1.2 分子马达5的光异构化过程
        3.1.3 分子马达5的热异构化过程
        3.1.4 分子马达5的旋转机制
    3.2 分子马达6的旋转机制
        3.2.1 分子马达6的基态构型优化及激发态模拟计算结果
        3.2.2 分子马达6ⅰ的旋转机制
        3.2.3 分子马达6ⅱ的旋转机制
    3.3 转速更快的理论设计
第四章 基于处理计算数据的算法设计
    4.1 笛卡尔坐标的提取与空间变换
        4.1.1 笛卡尔坐标的平移变换
        4.1.2 笛卡尔坐标的旋转变换
        4.1.3 笛卡尔坐标的对齐变换
    4.2 海森矩阵的提取与格式重排
    4.3 关于计算分子转动惯量与扭矩的算法设计
        4.3.1 分子转动惯量的算法设计
        4.3.2 分子扭矩的算法设计
第五章 总结展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3783343