《大尺寸複雜分子體系中的相干載流子動力學理論及套用》是依託湖北大學，由鐘欣欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大尺寸複雜分子體系中的相干載流子動力學理論及套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鐘欣欣
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複雜分子體系量子動力學理論的發展和套用一直是學術界研究的熱點和難點之一，尤其是近年來有機光伏材料和生物DNA分子中載流子傳輸機制的爭論對該領域的理論方法提出了新挑戰。目前發展較成熟的能帶理論研究載流子的相干傳輸，而局域蛙跳模型適用於電聲耦合較強的體系，均無法直接套用於同時存在強的電聲耦合和載流子相干運動的複雜分子體系。本課題擬針對量子動力學的新挑戰，發展統一能帶與蛙跳模型的相干載流子動力學理論，並與電子結構計算相結合理論預測真實體系中的載流子行為，找出控制其傳輸機制的關鍵因素，具體而言：（1）發展滿足精細平衡原理且適用於納米尺度材料的相干載流子動力學理論；（2）結合電子結構計算，研究具體複雜分子體系（如光捕獲體系和DNA分子）中的能量及電荷轉移過程；（3）深入探討有機太陽能電池中給體與受體材料的結構和排列方式等對光電轉換效率的影響，嘗試澄清當前的爭議並對設計高效的有機光伏器件提供理論指導。
結題摘要
本項目按照計畫較好地完成了預期目標。針對載流子傳輸機制的爭議，本課題對原創性的含時波包擴散方法進行改進：解決了方法中複數隨機力的問題並重新推導記憶效應項得到了新的表達式，改進的方法在數值模擬（與嚴格量子動力學相比較）和套用（參數範圍和體系大小）上均有了明顯的提高；將含時波包擴散方法與電子結構計算相結合，研究了具體有機材料（芘基衍生物材料）中的電荷遷移率，給芘基衍生物在有機光伏器件中的套用提供了新的思路；與有機實驗課題組合作，套用他們合成的苯基鹵代銅配合物和富勒烯衍生物及相應晶體材料製作的光伏器件的實驗數據，我們給出理論上的解釋並期望設計高效率的有機光伏器件（如由芘基衍生物材料和富勒烯衍生物組成的有機太陽能電池）。本項目的理論研究對自然界光合作用的能量及電荷傳遞過程、DNA 分子中的載流子動力學及有機光伏器件的光電轉換效率進行解釋和預測具有一定的影響。在項目支持下共發表學術論文3篇，包括J. Org. Chem. 1 篇，Sensor. Actuat. B-Chem. 1 篇，New J. Chem. 1 篇，共支持3名研究生進行科研工作。
