光刺激响应材料的光致异构化机理的理论研究

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二芳基乙烯类分子是典型的光致异构化分子,并且具有良好的热稳定性和抗疲劳性,从而被广泛应用在分子开关,信号传输,数据存储,电致发光器件等领域。而当其跟其他的光敏分子相结合时,能带来更多新型的光化学性质。本论文就是通过理论计算的方法,研究了当二芳基乙烯分子分别结合了光敏感的铂三联吡啶配合物,俘精酰亚胺发色团,以及偶氮苯分子时,展现出的不同的电子结构和光谱性质。具体内容如下:1.光敏感铂二芳基乙烯配合物光激发环化反应的理论研究通常情况下,当开环的二芳基乙烯在300nm的光照下会被激发到单重激发态并在该激发态下发生分子内的环闭反应。而当把二芳基乙烯分子和光敏的三联吡啶铂配合物相结合时,一个在425nm处的光照同样可以诱导二芳基乙烯的闭环反应。通过计算分子的单重态和三重态能量,我们推测在该条件下的环闭过程为:首先是分子内的三联吡啶铂配合物部分吸收425nm波长的光之后被激发到了单重激发态,接着,该激发态通过系间窜越到达了一个较低能的三重激发态,在此状态下,环闭反应发生了。另外,通过计算,我们也论证了用不同的桥联基团连接这两个光敏单元时,二芳基乙烯的环闭反应的效率会有很大的差异。共轭的直接相连的桥联基团将有利于环闭过程。同时,共轭连接之后还会导致分子的最低能吸收的波长红移,因为相关电子跃迁所涉及的前线分子轨道之间的能隙变窄了。2.对适用于数字编译器的分子的光谱性质的理论研究一种新型的光敏分子,由一个二芳基乙烯单元和两个俘精酰亚胺单元组成,该组合分子会有四种稳定的异构体,每一种都有自身独特的光学性质,可以被用在4转2数字编译器的设计中。本文中,我们首先计算了这四种异构体的吉布斯自由能,从而研究了他们的稳定性大小。然后,我们讨论了分子的开闭环反应机理以及构型转变的反应条件。同时,我们还研究了组合分子和单体分子的吸收性质,且预测了设计的分子将具有的光谱特性。最后,我们优化了分子的激发态构型并分析了他们的激发态和荧光发射性质。3.理论研究偶氮苯发色团对二芳基乙烯开环反应的远程影响在二芳基乙烯分子上加两个偶氮苯生色团,并加以450nm光辐射,会有效地引起闭环二芳基乙烯的裂环反应。我们研究了这一系列分子的前线分子轨道和吸收性质,来推测这一开环反应的机理。侧面的偶氮苯基团会吸收450nm光并且将整个分子激发到一个较高的激发态,再通过电子和能量的转移,被激发的电子会集中在二芳基乙烯环上,从而导致开环反应的发生。然而对于开环形式,450nm光的能量不足以使电子激发到二芳基乙烯环中央的分子占据轨道上,致使这种光不能引发闭环反应。
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