溶液中有機分子聚集體非線性光學回響的動力學研究

《溶液中有機分子聚集體非線性光學回響的動力學研究》是依託山東師範大學，由趙珂擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：溶液中有機分子聚集體非線性光學回響的動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙珂
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

具有自由電子的一維或多維有機共軛分子表現出優秀的非線性光學回響，在很多領域具有重要的套用價值。理論研究分子結構-性質關係對指導分子設計合成具有重要意義。實際測量中分子處於液相或溶劑環境中，分子濃度較高，溶劑和聚集效應將對光學回響產生重要影響。本項目將分子動力學模擬與量子化學方法相結合，套用動力學模擬研究分子之間相互作用，重點研究由氫鍵作用引起的分子聚集現象；在量子化學計算基礎上建立和最佳化動力學模擬的力場參數；通過模擬獲取溶液中分子體系的結構信息並用於量子化學計算中，計算分子聚集體的二階非線性光學回響和雙光子吸收截面；研究不同極化電場，溫度等因素對體系結構演化和光學性質的影響。目的是探求光學性質的溶劑效應和聚集效應，發展理論和計算方法，揭示分子巨觀性質的微觀機制，為準確地預測分子非線性光學回響，指導分子設計合成提供有效的理論基礎。套用分子動力學模擬方法研究非線性光學性質，是本項目的最大特色。

結題摘要

有機非線性光學材料在很多領域具有重要的套用價值。理論研究分子結構與性質之間的關係對指導分子設計合成具有重要意義。本項目將分子動力學模擬與量子化學方法相結合，通過模擬獲取了溶液中分子體系的結構信息並用於量子化學計算中，研究了溶液中偶極作用的分子體系和氫鍵結合的分子聚集體的光學性質，分析了分子間的相互作用，計算了分子單體和聚集體的雙光子吸收截面，成功地解釋了實驗結果；探討了分子異構包括結構異構和轉動異構對雙光子吸收性質的影響，合成了麥克斯韋-玻耳茲曼統計平均吸收光譜, 評價了不同交換相關泛函的計算水平，研究了由分子異構產生的溶劑效應。結果表明，對於存在偶極作用的結構靈活的分子體系，由於溶劑與溶質間相互作用，溶液中分子內分枝間夾角與氣相下相比有較大差異，並且該夾角的變化對分子吸收光譜有重要影響；通過計算發現，實驗中觀測到的V-型2-羥基嘧啶衍生物分子強雙光子吸收性質並不是來自分子的聚集現象，而是與分子在不同溶液下存在結構異構體有關；對於具有兩對電子給體和受體的X型分子，研究結果顯示，各結構異構體的雙光子吸收譜具有明顯不同的特性，吸收峰的位置和強度以及吸收譜的形狀都有很大差別，轉動異構對雙光子吸收譜峰位和強度的影響亦不容忽略。項目結果發表在J.Phys.Chem.B、Chem.Phys.Lett.和Chin.Phys.B等國內外著名期刊上，成果具有較強的創新性，各項研究計畫已順利完成。本項目的研究發展了理論和計算方法，揭示了分子巨觀性質的微觀機制，為準確地預測分子非線性光學回響，指導分子設計合成提供了有效的理論基礎。