氢键激发态动力学对几个分子体系光物理性质的影响

发布时间：2020-09-12 19:05

　　本论文通过分析几个复杂分子体系激发态的动力学过程和光物理性质,来研究它们特殊的光学特性、激发态失活机理以及相关的反应过程。在研究的过程中,我们运用含时密度泛函理论、分子动力学模拟方法和波函数分析等方法,更加细致、全面、动态的分析了氢键在激发态的变化对体系光物理行为的影响。首先,我们研究了极性溶液环境对染料分子荧光性质的影响。香豆素500作为典型的7-氨基香豆素分子,具有非常广泛的应用。针对香豆素500在不同极性溶液中的不同光谱性质,我们运用含时密度泛函理论方法并结合波函数分析,详细解释了香豆素500在不同极性溶剂中通过分子间氢键改变其光谱性质的机理。通过基态的构型优化和吸收光谱的计算,我们证实了分子间氢键的强度随溶液极性的增强而增强且B类型氢键复合物在极性溶剂中起主导作用。当跃迁至第一激发态时,香豆素500与极性溶剂分子之间的氢键明显增强,但是荧光强度却明显减弱。有趣的是,香豆素500在极性溶液中的荧光强度与溶液极性函数△f线性相关。此项工作为香豆素类染料分子在极性溶液中光谱性质的变化给出了合理的解释。其次,我们研究了聚苯胺和介孔纸浆吸附去除污水中甲基橙的机理。通过构型优化和波函数分析,我们发现聚苯胺和介孔纸浆都是通过分子间弱相互作用吸附去除甲基橙。不同的是,聚苯胺在激发态的吸附能力明显增强,而介孔纸浆在激发态的吸附明显减弱。热力学分析表明这两种吸附过程都是自发进行的。介孔纸浆对甲基橙的吸附是可逆的且吸附能比活性炭吸附更高,这使介孔纸浆能成为一种更经济、效率更高且可以重复利用的新型吸附剂。此项工作提出了可以完整解释聚苯胺和介孔纸浆吸附去污的机理,并分析了光激发对吸附去污的影响,为设计新型吸附剂以及更好的应用现有的吸附剂提供了指导。最后,我们研究了环境因素对{[50-(p-Hydroxyphenyl)-2,20-bithienyl-5-yl]-methylidene-propanedinitrile(NIAD-4)光物理行为的影响。NIAD-4作为一种有潜力的荧光标记物,能够快速有效的检测到淀粉样纤维,这对预防和治疗淀粉样纤维导致的多种疾病有很重要的意义。通过静电势和吸收光谱分析我们得到了NIAD-4在水溶液中稳定存在的复合物构型。在激发态,分子间氢键都明显增强,势能面扫描的结果表明NIAD-4在溶液中不会发生二面角的扭转。动力学模拟的结果验证了这个结论,在最开始的2000fs的时间范围内,三个二面角均在3度附近波动,没有明显变化。另外,分子间氢键会对荧光标记物NIAD-4的荧光行为产生很大的影响,当分子间氢键增强时,荧光峰值发生了明显的红移,荧光强度也有明显的增强,这对NIAD-4在荧光检测中的应用有很大的影响。这项工作研究了环境因素对NIAD-4荧光行为的影响,对应用NIAD-4检测淀粉样纤维有重要的指导意义。
【学位单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O561
【部分图文】：

过程图,失活,过程

图1-1分子的激发和失活过程

氢键,苯酚,复合物,位置

了系统的研究。香豆素-苯酚复合物已被证明是研究溶剂效应的良好模型[33-35]。因此，在此项工作中，我们研究了激发态中 C500-苯酚氢键复合物的几何构型、发射光谱和过渡机理的理论研究，为光激发下氢键相互作用对C500的影响提供了理论依据。如图3-1(b)所示，C500 和溶剂分子之间可以形成三种类型的氢键。A 类型氢键是在极性溶剂分子的氨基氮原子和氢原子之间形成氢键。B 类型氢键是在极性溶剂分子的羰基氧原子和氢原子之间形成的。而 C 类型氢键是在极性溶剂分子和氨基氢原子之间形成的。K.Das 等人[36]对 C500 进行的 kaml-taft 分析表明，极性溶剂接受氢原子能力的系数 b 对分子在极性溶剂中的光谱行为的影响占 12%。也就是说，C 类型氢键对 C500 在溶剂中的光谱行为影响很小。因此，我们主要研究 A 类型和 B 类型氢键。首先对 C500 分子进行了泛函测试，选择合适的泛函。然后优化了 C500(图 3-1a)和 C500-苯酚氢键复合物(图 3-1c)在基态和激发态的几何结构，研究了电子激发态的电子激发能和振子强度，分析了氢键在基态和激发态的变化。并对 c500-苯酚氢键复合物的分子结构、光谱性质和分子轨道进行了详细的理论研究。此外，还对目标复合物进行了拓扑分析，还研究了取代基对氢键的影响。图 3-1 : a, b 和 c 分别表示 C500

吸收光谱,溶液极性,吸收光谱,线性关系

溶液极性与吸收光谱最大值和氢键键长之间的线性关系

【相似文献】