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本文采用量子化学计算和共振拉曼光谱技术,结合Vis-UV、FT-IR、FT-Raman实验,研究了2,5-二碘噻吩、2-溴噻吩、噻吩-2-甲醛Franck-Condon区域的光解动力学特征,并与2-碘噻吩、二碘甲烷等进行光解动力学特征的比较。
(1)获得了2,5-二碘噻吩在环己烷溶液中的紫外吸收光谱,结合密度泛函计算和FT-IR、FT-Raman光谱对振动光谱进行了指认,在266nm和273.9nm激发波长下获得了共振拉曼光谱,并进行了强度分析。研究结果表明,2,5-二碘噻吩光解短时动力学具有明显的多维特征,主要沿着噻吩环的C2C3/C4C5对称伸缩振动V.(|△|=1.11,λ=855cm-1)。并伴随着中等程度贡献的CSC对称伸缩振动V6(|△|=0.90,λ=259cm-1),C-I对称伸缩振动v7(|△|=1.50,λ=210cm-1),C3C4伸缩振动V3(|△|=0.38,λ=93cm-1)。2,5-二碘噻吩分子对称性的打破不是由于Franck-Condon区域光解动力学沿着两个C-I键展开,而是由于沿着两个C-S键的不等价运动引起的。2,5-二碘噻吩初始对称性的打破,与2-碘噻吩的机理相似,是由于来自某一势能面的微扰或者说是沿着CSC不对称伸缩振动模式的解离。但沿着CSC不对称伸缩振动模式导致对称性打破的程度,2,5-二碘噻吩比2-碘噻吩要小。
(2)获得了2-溴噻吩在环己烷溶液中的紫外吸收光谱,结合密度泛函计算和FT-IR、FT-Raman光谱对振动光谱进行了指认,在239.5nm和245.9nm激发波长下获得了共振拉曼光谱,并进行了强度分析。研究结果表明,2-溴噻吩激发态初始反应坐标具有多维性,主要沿噻吩环的C2=C3-C4=C5对称伸缩振动V5(|△|=1.18,λ=980cm-1)运动展开,并伴随着C-Br伸缩振动V14(|△|=1.83,λ=562cm-1),CSC对称伸缩振动V13(|△|=0.90,λ=256cm-1),CSC不对称伸缩振动V1.(|△|=0.75,λ=207cm-1),对称的SC2/C2Br伸缩振动+SC2C3弯曲振动v10(|△|=0.62,λ=188cm-1),C2=C3-C4=C5不对称伸缩振动V5(|△|=0.31,λ=145cm-1),HC4/C5H剪切振动v8(|△|=0.50,λ=135cm-1)和其他三个振动模。2-溴噻吩的总振动重组能(2630cm-1)比2-碘噻吩(3538cm-1)要小,有69.5%的振动重组能分配到了噻吩环上。2-溴噻吩中,C-S不对称伸缩振动模式也比较强,C-S对称伸缩振动和不对称伸缩振动的振动重组能之和为46.cm-1,约占分子总振动重组能的17.6%。这表明2-溴噻吩分子对称性的打破,主要也是1(π,π*)态与其他某个可能导致C-S键断裂的激发三重态存在势能面交叉。2-溴噻吩中C-Br伸缩振动(562cm-1)明显增强,这表明2-溴噻吩激发态几何结构的变化,除主要沿噻吩环骨架振动外,C-Br也经历了较大变化。
(3)获得了噻吩-2-甲醛两种异构体的几何结构,结合含时密度泛函理论计算对紫外吸收光谱中的两个吸收峰进行了指认,B吸收带主要是结构2的贡献,A吸收带,则同时有结构1和结构2贡献。获得了252.7nm和282.4nm激发波长下的共振拉曼光谱。共振拉曼光谱指认结果显示,激发波长为282.4nm的共振拉曼谱图,大多数谱峰被指认为结构2振动模的倍频和组合频;激发波长为252.7nm的共振拉曼谱图,谱峰包含了1和2两种结构振动模的倍频和组合频。结果与噻吩-2-甲醛的紫外光谱相吻合。