环境对叶黄素分子电子—声子耦合的影响

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近年来,π共轭有机分子因其在显示器、光伏和可穿戴设备中的巨大应用潜力引起了研究人员的广泛关注。线性多烯分子是一种典型的π共轭分子体系,具有非线性系数大、光电响应快等特点。类胡萝卜素作为一种典型的线性多烯分子,除去上述优点,它还具有分布广泛、对环境变化敏感等优点,是研究π共轭有机体系分子间相互作用的理想分子。本文以类胡萝卜素中的叶黄素作为研究对象,应用共振拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱以及变温测试等方法,研究了环境变化对叶黄素溶液分子振动情况的影响。获得了叶黄素光谱对溶液温度、溶剂相变、溶剂极化率的依赖性,计算了对应的拉曼散射截面变化和电子-声子耦合系数的变化。本研究有助于获取叶黄素分子振动跃迁、电子能隙、激发态与基态势能面位移、分子有效共轭长度等信息,对研究类胡萝卜素分子的光电特性有重要价值。研究内容分为以下两个部分:1.通过研究叶黄素溶液在固相-相变-液相三种状态下的共振拉曼光谱和紫外-可见光吸收光谱,获得了这三种状态下叶黄素降温过程中的拉曼散射截面和电子-声子耦合系数的变化规律。在293K-123K温度区间内,除相变区域外,随着温度降低,叶黄素分子的拉曼特征峰和吸收特征峰均发生红移,当温度降至183K-163K区域时,基频斜率发生变化,叶黄素溶液进入相变状态。根据特征峰频移-温度曲线,可将变化过程分为固相、相变和液相三个区间,根据Dudik公式和R Tubino计算方法分别计算出了叶黄素降温过程中的拉曼散射截面和电子-声子耦合系数。研究发现,当溶液呈固相时,随着温度降低,叶黄素拉曼散射截面增加而电子-声子耦合降低,液态区与固态区的趋势相似。但在相变区内,拉曼散射截面和电子-声子耦合变化与固态变化趋势恰恰相反。2.利用紫外-可见光吸收光谱和共振拉曼散射光谱,研究了溶剂极化率变化下叶黄素分子的拉曼散射截面和电子-声子耦合系数的变化规律。研究发现,随着溶剂极化率的增大,拉曼峰位没有明显变化,但紫外-可见吸收光谱的0-0吸收峰波长随极化率增加呈线性减小,这一现象主要是由于随着溶剂极化率增加,能级间距减小,使得跃迁所需的能量减小,导致黄昆因子随极化率增大而减小。并且,随着溶剂极化率增加,叶黄素分子的拉曼散射截面增加且电子-声子耦合系数降低,说明溶剂极化率能够影响叶黄素基态到激发态的几何畸变和重组能。
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