香豆素荧光光谱理论计算文献综述

 2022-12-24 03:12

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)1.引言

香豆素类化合物广泛分布于高等植物中,尤其以芸香科和伞形科为多,少数发现于动物和微生物中[1]。该物质光稳定性好,荧光量子产率高,斯托克斯位移大,可作为荧光增白剂、荧光染料、非线性光学材料等广泛应用于各个领域[2]

本课题通过查找文献报道的香豆素类化合物的荧光,或通过高斯程序进行理论计算预测荧光光谱,总结其规律,研究香豆素类化合物结构与荧光的关系。

2.研究手段

2.1文献查找

通过万方数据库、维普中文期刊服务平台、中国知网等途径查阅相关期刊、文献,寻找相关香豆素类化合物的荧光数据并记录总结。

2.2理论计算

2.2.1计算原理

分子处于不同的电子态具有不同的能量,基态时具有最低能量的电子态,其他的电子态被称为激发态。分子通过获得能量可以从基态跃迁到激发态,不过体系一般仅在激发态保持很短的时间,便通过内转移和振动弛豫等非辐射方式释放部分能量到第一激发态的最低振动能层,然后通过释放一个光子的形式跃迁返回基态。如果是从单重态激发态发射光子退激到基态称为荧光发射,而从三线态的最低振动能级向基态的各振动能级跃迁并释放出光子,则其发光为磷光。许多物理化学现象的本质其实都和分子激发态有关,比如自然界的光合作用,材料光解和生物发光(如萤火虫发光)等[3]

电子跃迁过程是一个很复杂的过程,分子在激发到激发态或者驰豫到基态的瞬间,其可跃迁的振动态有多种可能性。例如,分子吸收一个光子进入第一激发态时,它从基态几何能量最低的振动态跃迁到第三振动态,随后分子结构将驰豫到激发态势能面的极小值点,然后分子发射一个光子驰豫回基态。在此例子中,刚吸收一个光子后的激发态几何结构不是势能面上的极小值点,所处的振动态也不是最低的态,但是相对于核运动,发射光子的过程基本上瞬间发生,核几乎不受影响,这意味着可以视为激发态的几何结构与基态结构几乎保持一致,并且它的振动态也是如此,这便是弗兰克-康登(Franck-Condon)原理[4]
一般的激发态的理论计算通常只考虑理想状态下的跃迁方式,比如标准的TD-DFT计算的激发能,是分子从基态(GS)势能面上的某点(理想情况下为极小值点)到激发态(XS)势能面(PES)上与基态结构相同的点的能量变化,即为垂直跃迁。简单来说,垂直吸收即电子从基态吸收一个光子被激发到激发态,在吸收过程中分子结构保持在基态的极小值点,在优化了的基态结构的基础下可以计算感兴趣的各激发态能量;发射过程即电子从激发态发射一个光子退激到基态,在发射过程中分子结构保持在激发态的极小值点,可以用基态优化后的结构作为激发态的初始结构,然后对激发态的几何结构进行优化,用优化的激发态结构预测的最低激发能量,即为分子返回到基态时候的发射能量。

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