超分子体系电荷转移理论研究

【摘要】：电子转移与分子体系电子激发态失活的动力学过程息息相关的。当超分子体系的某些特定组分吸收光能后，形成该组分的激发态，并随即发生激发态的构型弛豫以及该激发组分与其他组分间的耦合。此时，外界条件(特别是氢键效应和电场等)对超分子体系的激发态构型和体系不同组分之间的电子耦合的影响则显得尤为重要。因此，采用量子化学基本理论方法，研究在材料科学应用领域中的重要超分子体系在外界干扰条件下的电子转移过程，更加符合其在应用中的实际情况。 首先，本文采用(含时)密度泛函理论方法，计算了N,N-二甲基和N,N-二苯基取代的氨基二苯乙烯-三联吡啶分子(简写为M1和M2，图2.1)的激发态性质。通过把理论计算结果与实验结果进行分析比较，研究了它们在质子性和非质子性溶剂环境下的电荷转移激发态构型，探讨了分子间氢键对这两个体系激发态构型的影响，并进一步讨论了对其激发态发光强度改变的机理。其次，本文采用量子力学方法和非绝热跃迁理论，在GMH “两态”电子耦合模型建立的理论推导过程基础上，通过偶极近似把静电偶极场作为微扰项参数化引入到整个体系的Hamiltonian，同时考虑外电场对绝热态/非绝热态偶极矩的矩阵元的影响和体系电子态之间跃迁能对外电场的依赖关系，发展了GMH电子耦合理论模型，建立计算外电场条件下电子耦合强度的非绝热动力学理论模型及其适用的判定标准。进一步以此模型为依据，并以在太阳能电池光活性层中的富勒烯衍生物热点分子体系为具体研究对象，通过(含时)密度泛函理论方法和二维/三维实空间分析方法，探讨外电场对该体系分子电子转移速率影响。