Till innehåll på sidan

Theoretical Study of Vibronic Spectra of Molecule Systems Generated by Photo- and Electronic Excitations

Tid: Fr 2022-03-11 kl 13.00

Plats: U1, Brinellvägen 26, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63361315644

Språk: Engelska

Ämnesområde: Bioteknologi

Licentiand: Ce Song , Teoretisk kemi och biologi

Granskare: Professor Ying Zhang, Fudan University

Huvudhandledare: Professor Yi Luo, Teoretisk kemi och biologi

Exportera till kalender

QC 2022-02-17

Abstract

Spektra representerar molekylära fingeravtryck som innehåller unik information om deras egenskaper. Genom att analysera spektraldata så kan man avslöja molekylernas energinivåjusteringar, identifiera deras art och geometriska strukturer, och utforska relevanta kemiska processer och mikroskopiska mekanismer. För närvarande är spektroskopi ett av de främsta sätten för människor att ge sig in i den mystiska världen av molekyler och ta del av deras berättelser. Det är dock inte en enkel process att tolka molekylära spektra, eftersom förekomsten av spektra involverar komplexa interaktioner mellan molekyler och externa stimuli. Teoretiska simulationer baserat på kvantkemi spelar en oumbärlig roll i detta avseende, vilket gör att utveckling och tillämpning av relaterad beräkningsprogramvara blir väldigt viktigt.

Denna avhandling fokuserar på de teoretiska simulationerna hos två typer av molekylära spektra, nämligen den vibrationsupplösta optiska spektra och den oelastiska elektrontunnelspektra (IETS). Den föregående involverar elektronövergångar mellan en molekyls grundtillstånd och dess exciterade tillstånd med involvering av molekylära vibrationer, och den senare uppstår från excitationerna av en molekyls vibrationstillstånd inom dess elektroniska grundtillstånd genom oelastisk tunnling av elektroner över en molekylövergång.

Genom att utföra tidsberoende densitetsfunktionella teoriberäkningar samt tillämpa DynaVib koden så har vi systematiskt undersökt de optiska absorptionsegenskaperna hos två typer av funktionella molekyler, d.v.s., naphthalenediimide cyclophane (NDIC) derivat och fusionerade porphyrin derivat, varav dessa har föreslagits som byggstenar för framtida enmolekylära optoelektroniska enheter. Baserat på Franck-Condon (FC) principen så har simulationerna förklarat energiskiftena inducerade av kemiska substitutioner i de första intensiva absorptionsbanden hos de tre NDIC-derivaten väl, och återger vibrationsegenskaperna hos deras två första band på ett snyggt sätt. Vidare, genom att använda tre olika utbytes korrelationsfunktioner d.v.s., den konventionella funktionella B3LYP och två långdistans korrigerade funktioner CAM-B3LYP and wB97XD), så har man upptäckt att långdistanskorrigeringar är väldigt viktiga för beskrivningen av de spektrala egenskaperna på grund av den starka laddningsöverföringen i de relaterade exciterade tillstånden. Genom att ta hänsyn till både FC och icke-FC Herzberg-Teller (HT) bidrag så kan det experimentellt uppmätta elektroluminescens spektrumet hos en enstaka fuserad 5,15-(difenyl)-10,20-(dibrom)porfyrin (fused-H2P) molekylen återges på ett snyggt sätt av simulationerna. Det visar sig att FC-bidraget också dominerar emissionen av molekylen, medan HT-termerna huvudsakligen bidrar till lågenergi-änden av spektrumet. Vibrations finstrukturerna som observerats i experimenten är tilldelat otvetydig baserat på simuleringsresultaten.

Angående utvecklingen av beräkningsprogramvara så har jag utvecklat en Windows-version för QCME-paketet - ett effektivt paket att utföra de första princip beräknelserna av elektrontransport genom molekyler såsom IETS simulation. Implementeringen har uppnåtts genom att använda språket C och användargränssnittet Windows Presentation Foundation (WPF). Windows-versionen av QCME uppvisar kompatibilitet, stabilitet, skalbarhet, och stark funktionsduglighet. Den har ett vackert gränssnitt, är lätt att lära sig att använda, och har förbättrad human-computer interaktioner. Ett sådant tillvägagångssätt för implementeringen kan även utvidgas till andra kvantkemi-paket.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-308971