发光共价有机骨架识别污染物分子的理论研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sccdxlxsq
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光化学传感器因具有灵敏度高、选择性好、简便快捷等优点而备受关注,它是通过被检测物质与敏感层之间的相互作用所引起的发光性质(荧光强度或颜色)的改变来进行物质检测的。本文采用密度泛函理论(DFT)以及含时密度泛函理论(TDDFT)分别研究了NH3、甲醛和硝基苯对发光共价有机骨架(LCOFs)的发光性能的影响。通过截取能够代表共价有机骨架(COFs)周期性结构的结构基元进行后续计算。结构基元与污染物分子(NH3、甲醛和硝基苯)会形成多种氢键异构体,本论文通过选取最合理的氢键异构体可以阐明分子间氢键作用对LCOFs发光机理的影响。本论文第二章研究LCOF-1(Ph-An-COF)与NH3之间的氢键相互作用,发现Ph-An-COF与NH3结合之后改变了Ph-An-COF的发光机理;通过对S0和S1态下氢键的键长、红外光谱和1H NMR的对比说明氢键在S1态下变强,这与电子激发能的预测一致。电子激发态下氢键的增强使Ph-An-COF的荧光速率系数减小,内转换速率系数变大,从而说明Ph-An-COF能够检测NH3。本论文第三章研究LCOF-2(sp2-COF-2)与甲醛之间的氢键相互作用,发现sp2-COF-2的发光机理在甲醛引入之后发生改变。电子激发能表明氢键在激发态下增强,从而使电子光谱红移。键长、频率和H核磁位移表明S1态氢键增强。氢键增强导致S0与S1态之间的能隙减小和辐射跃迁减弱,从而使荧光速率系数变小。甲醛加入之后sp2-COF-2的荧光减弱说明sp2-COF-2可以作为光化学传感器去检测甲醛。本论文第四章研究LCOF-3(TAT-COF-2)和硝基苯之间的氢键相互作用,发现氢键形成后使TAT-COF-2的发光机理由原先配体内的电荷转移改变为硝基苯到配体的电荷转移。计算氢键复合物在S0和S1态的几何构型、IR谱图和1H NMR的结果表明相比于S0态,氢键在S1态更强。氢键增强不利于TAT-COF-2的发光,从而使TAT-COF-2的荧光速率降低。由此可知,TAT-COF-2可以作为荧光传感器去检测硝基苯。
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