含时密度泛函理论

摘要： 具有激发态分子内双质子转移特性的分子在荧光传感器、激光材料、生物分子探针等领域具有广泛的应用.羟基蒽醌作为蒽醌类化合物是自然界中广泛存在且具有质子转移特性的次级代谢物,其衍生物已被广泛研究并成功应用于染料、免疫增强和抗癌药物.近年来,1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)作为一种具有两个分子内氢键的羟基蒽醌衍生物受到了广泛的关注.本文采用飞秒瞬态吸收光谱结合含时密度泛函理论方法研究了溶剂极性对1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的影响.1,5-DHAQ分子在甲苯、四氢呋喃和乙腈溶剂中的稳态荧光光谱表明,溶剂极性的改变对1,5-DHAQ的荧光峰位置产生了影响.瞬态吸收光谱表明,溶剂极性的增大加快了质子转移的速率.超快动力学拟合结果表明,溶剂极性的增大有助于加快1,5-DHAQ分子中的激发态分子内双质子转移过程.此外,通过理论计算得到的势能曲线分析表明质子转移的能垒随着溶剂极性的增加而逐渐减小,从而促进1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的发生,这进一步验证和解释了实验结果.本工作有助于开发和合成更稳定、高效的羟基蒽醌衍生物.

摘要： 充分理解给体-受体复合物的激发态动力学在实验和理论上都具有非常重要的意义.本文首次结合电子结构计算和非绝热动力学模拟,探索了最近合成的一个桨-轮形状的给体-受体复合物的光致动力学过程,该复合物山三个氟硼二吡咯基团和一个六氧杂并三苯构成.根据计算结果,得出结论,桨-轮形状的给体-受体复合物共轭物在激发时将被提升到氟硼二吡咯片段的局部激发状态,然后发生超快局部激发电子态到电荷转移电子态的激子转移.与先前实验工作中提出的光致电子转移机理不同,这种激子转移过程伴随着从氟硼二吡咯基团到六氧杂并三苯基团上的空穴.此外,还发现溶剂效应在该体系的光致动力学中起着重要作用.具体而言,强极性的乙腈溶剂加速了空穴转移动力学,这可以归因于溶剂对电荷转移状态的显著影响,即局部激发和电荷转移激子之间的能隙大大减小,而与此同时非绝热耦合增加,这两个因素都可以促进空穴转移过程.目前的工作不仅为桨-轮形状的给体-受体复合物的潜在光诱导机制提供了有价值的见解,而且有助于未来设计具有更好光电性能的新型给体-受体复合物.

摘要： 通常认为缺陷加速黑磷的非辐射电子-空穴复合,阻碍器件性能的持续提高。实验打破了这一认识。采用含时密度泛函理论结合非绝热分子动力学,我们发现P―P伸缩振动驱动非辐射电子-空穴复合,使纳米孔修饰的单层黑磷的激发态寿命比完美体系延长了约5.5倍。这主要归因于三个因素。一,纳米孔结构不但没有在禁带中引入深能级缺陷,而且由于价带顶下移使带隙增加了0.22eV。二,除了带隙增加,纳米孔减小了电子和空穴波函数重叠,并抑制了原子核热运动,从而使非绝热耦合降低至完美体系的约1/2。三,退相干时间比完美体系延长了1.5倍。前两个因素战胜了第三个因素,使纳米孔结构激发态寿命延长至2.74 ns,而其在完美体系中约为480 ps。我们的研究表明可以制造合理数量和形貌的缺陷,如纳米孔,降低黑磷非辐射电子-空穴复合,提高光电器件效率。这一研究对于理解和调控黑磷和其它二维材料的激发态性质有重要意义。

摘要： 1-[6-氟-(2R)-3,4-二氢-2H-苯并吡喃-2-基]-(1R)-1,2-乙二醇(INT)是合成选择性β受体阻滞剂右奈必洛尔的关键中间体,其绝对构型决定了产物的立体化学特征。采用手性光谱学方法,对比其左旋异构体(-)-INT的实验电子圆二色谱(ECD)和(1R,2R)/(1S,2S)-INT的理论ECD图谱,以及解析金属试剂Mo_(2)(OAc)_(4)衍生化产生的诱导圆二色谱信号,确定(-)-INT异构体的绝对构型为(1R,2R)。同时,通过基于含时密度泛函理论的量化计算得到(1R,2R)/(1S,2S)-INT的比旋光度,建立了甲醇和氯仿中的比旋光度符号与该结构绝对构型的关联,为快速准确判断其立体结构提供了依据。

摘要： 设计合成新颖高效的有机太阳能电池受体材料是有机太阳能电池的重要研究领域.受体材料在有机太阳能电池器件中是接收电子的部分,因此该类分子必须具备以下特点:较强的电子吸收能力,高的电子亲和能,良好的光稳定性,与给体材料相匹配的HOMO和LUMO能级以确保电子较好地转移,高的电子传输速率.该文设计了以苝为核心作为给体单元,以2-(3-氰基亚甲基)靛酮(INCN)基团为受体单元的A-D-A型非富勒烯有机太阳能小分子受体材料,用量子化学理论、密度泛函理论(Density functional theory,DFT)和含时密度泛函理论(Time-dependent density functional theory,TD-DFT),研究了该分子的光学、电荷转移速率等性质.计算结果表明,A1受体分子由于具有更对称和更长的共轭结构,因此具有更好的光物理性质和更快的电子迁移率.该文为实验筛选新的受体材料提供了新的理论依据.

摘要： 采用第一性原理的含时密度泛函理论方法,从理论上研究了在少周期飞秒脉冲辐照下的氩晶体中孤立阿秒脉冲产生的最优控制。系统地研究了相对于晶体的不同激光偏振方向对孤立阿秒脉冲产生的影响,研究表明相对于晶体的激光偏振方向是产生孤立阿秒脉冲的敏感控制参数。对于Ar晶体,在最佳激光偏振方向上产生的孤立阿秒脉冲强度最大,约为相同激光脉冲驱动下Ar原子的11倍。本文研究结果对于理解强驱动脉冲激光下晶体中的阿秒电子动力学也有重要的意义。

摘要： 多肽类物质在生物医药等领域是一种重要的生物大分子,而紫外-可见吸收光谱和荧光光谱是研究生物分子精细结构的重要手段.采用密度泛函理论(DFT/RI)计算了生长激素释放肽(GHRP-6)和催产素(Oxytocin)两种多肽的结构模型和分子前线轨道;在含时密度泛函理论(TDDFT)的基础上,引入了TDA等近似,建立了多肽类物质的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的理论模型.结果表明,实验测得到GHRP-6的紫外-可见吸收光谱最大吸收波长为279 nm,计算得到的最大吸收波长为282 nm,误差为3 nm,误差百分比约为1％;Oxytocin紫外-可见吸收光谱的实验值为275 nm,计算值为269 nm,误差百分比约为2％.GH-RP-6荧光光谱计算值为368 nm,实验值为360 nm,误差百分比约为2％;Oxytocin荧光光谱计算值为305 nm,实验值为312 nm,误差百分比约为2％.GHRP-6产生荧光的发射波长与色氨酸产生的荧光波长范围相近,说明GHRP-6产生荧光的主要贡献为色氨酸残基上的π→π*轨道跃迁,Oxytocin荧光峰位置与酪氨酸产生的荧光波长范围相近,Oxytocin产生荧光的主要贡献为酪氨酸残基上的π→π*轨道跃迁.根据该模型计算得到的光谱与实验结果吻合度较高,表明该模型能够准确计算多肽类物质紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,为实验提供可靠的理论依据.

摘要： 用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对聚合度为2-7的线型反式聚噻咯(1a-6a)与顺式聚噻咯(1b-6b)的电子结构和吸收光谱进行了比较计算.在获得基态稳定构型的基础上,进行了自然键轨道(NBO)分析,随后计算了各体系的电子吸收光谱.结果发现,随着聚合度的增大,顺式和反式聚噻咯的结构稳定性均增强,最大吸收波长均发生红移,并且顺式结构红移更明显.此研究为聚噻咯应用在空穴传输材料、导电材料、发光二极管等发光材料领域提供了理论依据.

摘要： 探明影响甲基红光谱性质的各种因素,有助于拓宽偶氮苯衍生物在有机光电器件中的应用.采用密度泛函理论和实验相结合的方法研究了溶液酸碱性和溶剂水对邻位甲基红水溶液光谱的影响.溶液pH从13.1逐渐降低至0.5,邻位甲基红水溶液的最大吸收波长从430 nm红移至520 nm.在不同酸碱条件下,主要有三种物种共存于甲基红水溶液中,它们分别是双质子化的甲基红o-H2MR+(强酸性条件下),单质子化的甲基红o-HMR(弱酸条件下)和碱性甲基红o-MR-(碱性条件下),通过密度泛函理论计算研究了三种不同形式的电子结构特征.采用含时密度泛函理论计算了甲基红偶极跃迁允许的最低激发能,分别采用连续介质模型和分子簇模型研究水溶剂对甲基红电子结构和光谱性质的影响.在酸性条件下,o-H2MR+和o-HMR分子内氢键导致π共轭体系平面性增强,因而光谱红移.而在碱性条件下,溶剂对o-MR-的光谱有显著影响:极性o-HMR和o-MR-与水分子的偶极-偶极相互作用导致光谱进一步红移.

摘要： 本文介绍了一种基于含时密度泛函理论的多尺度计算方法,用来计算碳纳米管的场致电子发射,重点对该方法的处理过程和优点做了详细的介绍.

摘要： 近年来,过渡金属咔咯配合物因其独特的物理和化学性质而受到广泛关注,而过渡金属咔咯配合物的光学性质的研究是咔咯化学中的重要组成部分.为了高效深入地了解咔咯的光学特性,选取了代表性的5,10,15-三(五氟苯基)咔咯(TPFC)及其过渡金属咔咯配合物,运用含时密度泛函理论模拟了紫外可见吸收(UV-vis)光谱.

摘要： 本研究采用从头算MP2和CIS方法分别优化等电子双核d8配合物[Pt2(P2O5H2)4]4-和[Pt2(P2O4CH4)4]4-的基态和激发态结构.结果表明基态Pt-Pt距离分别为0.290 5和0.298 7nm,与实验的0.292 5和0.298 0nm符合.NBO计算的Pt-Pt键级以及Pt原子间伸缩振动说明Pt-Pt相互作用具有吸引本质.CIS计算揭示电子激发到Pt-Pt的σ(pz)成键轨道使得相互作用增强.保持激发态几何,含时密度泛函理论(TD-DFT)预测它们的溶液发射分别为449和475nm,与实验的512和510nm接近.

摘要： 本文选取分子五核类平面型原子簇MoSCuI(Py)为模型分子,采用含时密度泛函理论方法对簇分子的二阶非线性光学性质和电子结构进行了计算研究.

摘要： 本文用第一原理的含时密度泛函理论方法计算了含有推拉电子基团的金属Ru的配合物电子跃迁的波长和轨道性质.所用程序为ADF2002.

摘要： 基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法。本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题。过程为：得到Si的晶格参数；得到Si能量最低点的晶格参数；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；使用密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，以及得出Si原子不同带电量下的原子结构，并根据这些结构采用杂化泛函方法计算双空位分离过程中能量的变化。本发明用于计算Si的缺陷移动的领域。

摘要： 本发明公开了一种基于密度泛函理论预测氧化铝纤维前驱体溶胶可纺性的方法，基于密度泛函理论，在B3LYP水平上具体选择使用基组对不同铝盐进行结构优化，比实验更方便、更直观地获得不同铝盐的稳态分子构型，并得到相应前驱体溶胶低聚物的微观结构；利用多功能波函数分析软件对所得前驱体溶胶微观结构进行表面静电势分析，获得其反应特性以预测前驱体溶胶的可纺性，为实验制备高可纺性氧化铝纤维前驱体溶胶奠定坚实的理论依据。

摘要： 一种基于密度泛函理论计算提高富锂铁锰基正极材料性能的改性方法，属于锂离子电池正极材料领域。包括以下步骤：通过VESTA软件建构基础计算模型，并使用VASP软件计算Li2MnO3体系在过渡金属元素铌(Nb)掺杂前后的态密度、能带、Bader电荷结果，分析结果表明Nb的掺杂有助于改善体系结构稳定性；实验中用溶胶凝胶法合成Nb掺杂前后的富锂铁锰基正极材料，结果显示Nb掺杂提升了材料的循环性能和倍率性能。本发明通过密度泛函理论计算探究Nb掺杂机理，确定Nb为掺杂元素，并通过实验验证Nb实际掺杂影响，为富锂铁锰基正极材料的改性发展提供思路，打下基础。

摘要： 基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法。本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题。过程为：得到Si的晶格参数；得到Si能量最低点的晶格参数；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；使用密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，以及得出Si原子不同带电量下的原子结构，并根据这些结构采用杂化泛函方法计算双空位分离过程中能量的变化。本发明用于计算Si的缺陷移动的领域。

摘要： 本发明提供了一种基于密度泛函理论设计筛选新型钠盐的方法。本发明提出的小分子官能团替换以及基于密度泛函理论，进行新型钠盐结构设计的模拟方法，利用量子力学DFT理论计算方法对DFOP‑、DFOB‑和BOB‑官能团的氧化还原性进行理论研究，从理论上对钠盐的几何结构和电子结构进行深入分析，开发出氧化还原稳定性和解离性高的新型钠盐结构，大大减少了钠盐结构设计上的人力物力投入，更降低了相应的时间成本。

摘要： 一种基于密度泛函理论的层状双金属氢氧化物钢筋阻锈剂设计方法，包括以下步骤：(1)通过建立层状双金属氢氧化物超晶胞模型，基于密度泛函理论对比分析氯离子、具有缓蚀性能的阴离子与层状双金属氢氧化物层板的结合能，筛选出具有高效捕捉氯离子性能的层状双金属氢氧化物；(2)通过建立铁表面超晶胞模型，基于密度泛函理论计算具有缓蚀性能的阴离子与铁表面的相互作用及稳定性，优选出对钢筋具有优异阻锈性能的阴离子；(3)结合(1)和(2)计算结果，设计出同时具有高效捕捉氯离子性能和优异阻锈性能的层状双金属氢氧化物钢筋阻锈剂。

摘要： 本发明提供了一种密度泛函理论展开项改进的方法、装置及存储介质，包括获取吸附质和吸附剂的参数信息；根据参数信息，建立吸附质在不同的孔径宽度范围内的吸附剂上的巨正则蒙特卡罗模型，并根据巨正则蒙特卡罗模型模拟不同温度、压力和化学势条件下，吸附质在不同孔宽度的吸附剂上的吸附行为，获得相应的吸附量和局部密度作为深度学习的样本；利用卷积核函数以及吸附质的参数信息表示加权密度；构建用于描述过剩自由能展开项的卷积神经网络，对卷积神经网络进行训练，以每次训练得到的局部密度作为输出构建损失函数确定经典密度泛函理论过剩自由能展开项。利用上述技术方案，获得改进的经典密度泛函展开项，从而提升气体吸附表征的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于密度泛函理论设计多孔材料特异性吸附苯的方法，采用理论计算的方法，利用乙醛基团修饰吸附模型，设计构建对苯分子有特异性吸附的吸附模型，基于密度泛函理论，利用量子化学程序对乙醛基团修饰的吸附模型进行结构优化和单点能计算得到量子化学计算结果文件，利用量子化学和波函数分析的方法，对所设计的多孔材料吸附模型进行弱相互作用理论分析，研究MOFs多孔材料吸附模型对苯的吸附作用，从而获取对苯有特异性吸附的MOFs框架结构，为特异性吸附苯奠定坚实的理论依据。相比于直接采用实验室“试错式”吸附法，可准确高效地研究吸附机理，比实验更方便、更直观地获得特异性吸附苯的多孔材料结构。

摘要： 本发明提供了一种基于密度泛函理论预测高压环境下钙钛矿材料热电性能的方法，包括以下步骤：步骤1，对材料进行结构优化，获得优化后的晶胞结构；步骤2，基于步骤1中优化的结构作为初始结构，再进行结构优化，获得模型；步骤3，结构优化计算完成后进行材料的自洽计算，从而获得材料的电子输运性质；步骤4，基于步骤3得到的结果，估算材料在高压环境下的功率因子。本发明方法在整个过程中不涉及实验和不使用化学用品，不产生化学污染，符合绿色环保理念；且本发明成本较低、操作简单、准确性高、应用广泛且重复性好，易于实现，适合推广应用。

摘要： 本发明涉及绝缘气体技术，具体涉及基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF6的方法，通过密度泛函理论下的B3LYP方法及6‑311G+(d,p)基组对分子的构型进行优化，选择最优分子结构，通过计算分子之间吸引力和斥力，当吸引力和排斥力达到平衡时，认定两个分子的构型中心的垂直距离为分子截面。将分子截面通过玻尔兹曼方程求解电子能量分布函数，判断电离系数与附着系数的数值，从而确定该气体的介电强度；将该气体的介电强度与SF6比对，若低于SF6的介电强度，则舍弃该气体作为替代气体；若高于SF6的介电强度，则将该气体作为替代气体。该能快速确定新型气体物质的介电强度，为寻找SF6替代气体提供了方便。