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本文采用密度泛函理论中的B3LYP、BHandHLYP和PBE0三种杂化泛函方法,分别对卟啉的衍生物卟啉烯(Pc)、镁卟啉(MgP)、锌四氮杂卟啉(ZnTAP)、四氮杂卟啉(H2TAP)和酞菁(H2Pc)分子的平衡结构和振动频率进行了计算。然后在Franck-Condon近似下,取B3LYP泛函优化的结果模拟了Pc,H2TAP和H2Pc分子S0→S1精细吸收光谱。在BHandHLYP泛函优化结果的基础之上对MgP和ZnTAP分子的Q带进行精细吸收光谱的模拟。重点考虑了Duschinsky和Herzberg-Teller(HT)效应对五个分子的吸收光谱的影响,并对光谱进行了详细的分析和指认。 1.卟啉烯,镁卟啉,锌四氮杂卟啉的精细光谱模拟及其对比研究 对于卟啉衍生物这种大分子而言,从理论上对其精细电子吸收光谱的模拟以及指认是很少的,不仅因为要分析很多正则振动模,更因卟啉衍生物的电子激发态优化很困难。对于Pc分子而言,环内的氢原子发生质子转移形成四种同分异构体,通过势能面的扫描确定最稳定的同分异构体是顺式结构,紧接着对最稳定的结构在不限制对称性的情况下进行优化,判断出最稳定的顺式结构其分子点群是C2h对称性。在Franck-Condon近似下模拟了Pc,MgP和ZnTAP的S0→S1精细电子吸收光谱(Q带),并考虑了Duschinsky和Herzberg-Teller(HT)效应对这三个分子Q带吸收光谱的影响。模拟结果表明,理论模拟的光谱基本重现了Pc和MgP在实验光谱中的大部分振动跃迁,揭示了HT诱导机理在模拟Pc和MgP分子吸收光谱中扮演着重要的角色。此外,目前的计算试探性指认了实验上未指认出来的一些振动跃迁。目前研究表明,理论预测的光谱与实验很匹配。 2.四氮杂卟啉和酞菁的Qx带精细光谱模拟 采用密度泛函和含时密度泛函理论的B3LYP泛函计算的H2TAP和H2Pc分子的结构参数、垂直跃迁能、振子强度和频率均与实验结果较为一致。结果显示,随着分子的增大,Q带发生明显的红移和强度的增强;Q带发生分裂的趋势逐渐减小。在Franck-Condon近似下模拟了H2TAP和H2Pc分子Qx带的精细光谱,考虑了Duschinsky和Herzberg-Teller(HT)效应对其光谱的贡献。模拟的光谱很好再现实验中大部分振动跃迁,表明对于像四氮杂卟啉这种跃迁较弱或者跃迁禁阻的分子,其精细光谱中考虑HT的贡献远比FC重要的多。实验已表明对于H2Pc分子S0→S1的吸收,当超过1000 cm-1,就会发生第一激发态和第二激发态的耦合,导致振动模的振动强度进行重新分配。在我们们的计算中,v113、v128和v155重现上述实验现象。另外,我们还试探性指认试验中没有指认出来的几个振动跃迁,计算结果显示,理论计算的吸收光谱较好重现实验光谱。