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现代物理化学应用其本质都离不开电子的演化与运动。围绕复杂体系中光诱导的电子态的形成、耦合与转化问题，我们基于第一性原理计算，应用多尺度模拟和密度矩阵框架，与实验紧密结合发展了功能分子与材料的非线性光谱和电子运动模拟方法：1)深入波函数层次揭示光电转换过程中激发态跃迁偶极矩对环境、构象、分子的依赖关系，进而提出调控和设计依据；2)基于密度矩阵建立联动速率方程，发展出激发态电子在电子与振动能级层次上的级联运动模型，利用超快光谱等调控电子态并准确探测分子间相互作用；3)探索功能材料表界面形貌调控与电子态运动之间的联系，从分子设计和材料筛选的角度出发，引导乃至调控电子的运动方向与几率实现高效的光催化、催化、发光材料应用。