本論文通過分析幾個(gè)復(fù)雜分子體系激發(fā)態(tài)的動(dòng)力學(xué)過程和光物理性質(zhì),來研究它們特殊的光學(xué)特性、激發(fā)態(tài)失活機(jī)理以及相關(guān)的反應(yīng)過程。在研究的過程中,我們運(yùn)用含時(shí)密度泛函理論、分子動(dòng)力學(xué)模擬方法和波函數(shù)分析等方法,更加細(xì)致、全面、動(dòng)態(tài)的分析了氫鍵在激發(fā)態(tài)的變化對(duì)體系光物理行為的影響。首先,我們研究了極性溶液環(huán)境對(duì)染料分子熒光性質(zhì)的影響。香豆素500作為典型的7-氨基香豆素分子,具有非常廣泛的應(yīng)用。針對(duì)香豆素500在不同極性溶液中的不同光譜性質(zhì),我們運(yùn)用含時(shí)密度泛函理論方法并結(jié)合波函數(shù)分析,詳細(xì)解釋了香豆素500在不同極性溶劑中通過分子間氫鍵改變其光譜性質(zhì)的機(jī)理。通過基態(tài)的構(gòu)型優(yōu)化和吸收光譜的計(jì)算,我們證實(shí)了分子間氫鍵的強(qiáng)度隨溶液極性的增強(qiáng)而增強(qiáng)且B類型氫鍵復(fù)合物在極性溶劑中起主導(dǎo)作用。當(dāng)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時(shí),香豆素500與極性溶劑分子之間的氫鍵明顯增強(qiáng),但是熒光強(qiáng)度卻明顯減弱。有趣的是,香豆素500在極性溶液中的熒光強(qiáng)度與溶液極性函數(shù)△f線性相關(guān)。此項(xiàng)工作為香豆素類染料分子在極性溶液中光譜性質(zhì)的變化給出了合理的解釋。其次,我們研究了聚苯胺和介孔紙漿吸附去除污水中甲基橙的機(jī)理。通過構(gòu)型優(yōu)化和波函數(shù)分析,我們發(fā)現(xiàn)聚苯胺和介孔紙漿都是通過分子間弱相互作用吸附去除甲基橙。不同的是,聚苯胺在激發(fā)態(tài)的吸附能力明顯增強(qiáng),而介孔紙漿在激發(fā)態(tài)的吸附明顯減弱。熱力學(xué)分析表明這兩種吸附過程都是自發(fā)進(jìn)行的。介孔紙漿對(duì)甲基橙的吸附是可逆的且吸附能比活性炭吸附更高,這使介孔紙漿能成為一種更經(jīng)濟(jì)、效率更高且可以重復(fù)利用的新型吸附劑。此項(xiàng)工作提出了可以完整解釋聚苯胺和介孔紙漿吸附去污的機(jī)理,并分析了光激發(fā)對(duì)吸附去污的影響,為設(shè)計(jì)新型吸附劑以及更好的應(yīng)用現(xiàn)有的吸附劑提供了指導(dǎo)。最后,我們研究了環(huán)境因素對(duì){[50-(p-Hydroxyphenyl)-2,20-bithienyl-5-yl]-methylidene-propanedinitrile(NIAD-4)光物理行為的影響。NIAD-4作為一種有潛力的熒光標(biāo)記物,能夠快速有效的檢測(cè)到淀粉樣纖維,這對(duì)預(yù)防和治療淀粉樣纖維導(dǎo)致的多種疾病有很重要的意義。通過靜電勢(shì)和吸收光譜分析我們得到了NIAD-4在水溶液中穩(wěn)定存在的復(fù)合物構(gòu)型。在激發(fā)態(tài),分子間氫鍵都明顯增強(qiáng),勢(shì)能面掃描的結(jié)果表明NIAD-4在溶液中不會(huì)發(fā)生二面角的扭轉(zhuǎn)。動(dòng)力學(xué)模擬的結(jié)果驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論,在最開始的2000fs的時(shí)間范圍內(nèi),三個(gè)二面角均在3度附近波動(dòng),沒有明顯變化。另外,分子間氫鍵會(huì)對(duì)熒光標(biāo)記物NIAD-4的熒光行為產(chǎn)生很大的影響,當(dāng)分子間氫鍵增強(qiáng)時(shí),熒光峰值發(fā)生了明顯的紅移,熒光強(qiáng)度也有明顯的增強(qiáng),這對(duì)NIAD-4在熒光檢測(cè)中的應(yīng)用有很大的影響。這項(xiàng)工作研究了環(huán)境因素對(duì)NIAD-4熒光行為的影響,對(duì)應(yīng)用NIAD-4檢測(cè)淀粉樣纖維有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O561
【部分圖文】：

圖1-1分子的激發(fā)和失活過程

了系統(tǒng)的研究。香豆素-苯酚復(fù)合物已被證明是研究溶劑效應(yīng)的良好模型[33-35]。因此，在此項(xiàng)工作中，我們研究了激發(fā)態(tài)中 C500-苯酚氫鍵復(fù)合物的幾何構(gòu)型、發(fā)射光譜和過渡機(jī)理的理論研究，為光激發(fā)下氫鍵相互作用對(duì)C500的影響提供了理論依據(jù)。如圖3-1(b)所示，C500 和溶劑分子之間可以形成三種類型的氫鍵。A 類型氫鍵是在極性溶劑分子的氨基氮原子和氫原子之間形成氫鍵。B 類型氫鍵是在極性溶劑分子的羰基氧原子和氫原子之間形成的。而 C 類型氫鍵是在極性溶劑分子和氨基氫原子之間形成的。K.Das 等人[36]對(duì) C500 進(jìn)行的 kaml-taft 分析表明，極性溶劑接受氫原子能力的系數(shù) b 對(duì)分子在極性溶劑中的光譜行為的影響占 12%。也就是說，C 類型氫鍵對(duì) C500 在溶劑中的光譜行為影響很小。因此，我們主要研究 A 類型和 B 類型氫鍵。首先對(duì) C500 分子進(jìn)行了泛函測(cè)試，選擇合適的泛函。然后優(yōu)化了 C500(圖 3-1a)和 C500-苯酚氫鍵復(fù)合物(圖 3-1c)在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的幾何結(jié)構(gòu)，研究了電子激發(fā)態(tài)的電子激發(fā)能和振子強(qiáng)度，分析了氫鍵在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的變化。并對(duì) c500-苯酚氫鍵復(fù)合物的分子結(jié)構(gòu)、光譜性質(zhì)和分子軌道進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究。此外，還對(duì)目標(biāo)復(fù)合物進(jìn)行了拓?fù)浞治觯�研究了取代基對(duì)氫鍵的影響。圖 3-1 : a, b 和 c 分別表示 C500

溶液極性與吸收光譜最大值和氫鍵鍵長之間的線性關(guān)系

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本文編號(hào)：2817787