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具有多功能特性的光稳定含偶氮染料香豆素
摘要： 合成了以噻吩桥联的五系列香豆素偶氮分散染料，通过FT-IR、1H NMR、13C NMR和CHN分析确认结构。将这些染料应用于聚酯和尼龙材料，测定染色织物的多功能性能（耐光性、耐洗性、升华牢度、K/S值、UPF值及抗菌活性）。其中染料3a（-NO2）呈现红移吸收（649 nm），可阻隔95.5-97.4%的紫外线辐射并具有96%的抗菌性能。采用密度泛函理论（DFT）优化了所有偶氮染料的几何构型，在相同理论水平下评估全局反应性描述符（GRD）。结果表明GRD与耐光性和UPF评级呈线性关系。通过AATCC 100测试方法测定所有合成染料的抗菌活性，并发现其与HOMO-LUMO能隙相关。
关键词： UPF（紫外线防护系数）、色牢度性能、香豆素-偶氮染料、全局反应性描述符、HOMO-LUMO能隙、抗菌活性
更新于2025-09-23 15:23:52
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对称分子结中长程无激活光激发电荷传输
摘要： 采用成熟"全碳"器件设计，将由硝基偶氮苯寡聚体通过共价键连接至导电碳表面构成的分子电子结，在部分透光顶电极的紫外-可见光照射下进行研究。通过施加直流偏压监测结区电导，可在改变入射波长、光强、分子层厚度及温度的条件下观测光电流。光电流谱与硝基偶氮苯的原位吸收谱吻合，随光强线性增长且对施加偏压呈指数依赖。该光电流的电子特性与同器件暗态时存在显著差异：电导量级高出数个数量级，且随分子层厚度的衰减极弱（5纳米以上厚度时β=0.14纳米?1）。光电流的温度依赖性与暗电流相反——在80至450K区间电导下降35%，而暗电流同期增长4.5倍。薄分子层中光电流与暗电流相近，但在低偏压和厚分子层条件下光电流显著超越暗电流。研究表明光/暗机制具有叠加性，在5-10纳米厚度范围内光激发载流子可实现无热激活传输。反向温度依赖性可能源于散射或复合效应（二者均随温度升高而增强，进而降低光电流）。光激发的共振传输有望拓展分子电子器件的设计维度，并对特定波长光电探测具有直接应用价值。
关键词： 电荷传输、光电子学、光电流、分子电子学、分子轨道能级、隧穿势垒、HOMO-LUMO能隙、光诱导传输
更新于2025-09-23 15:22:29
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石墨烯量子点的定制化用于有毒重金属检测
摘要： 通过氮掺杂填补空位缺陷，可提升石墨烯量子点对有毒重金属（THMs；Cd、Hg、Pb）的敏感性。我们采用密度泛函理论研究了THMs在石墨烯量子点（GQDs）及氮配位缺陷GQDs（GQD@1N、GQD@2N、GQD@3N和GQD@4N）表面的吸附行为。热化学计算表明，Pb原子在表面的吸附比Cd和Hg更有利。氮对GQD表面空位缺陷的修饰显著增强了THMs在GQD表面的电荷转移和吸附能（GQD@4N > GQD@3N > GQD@1N > GQD@2N > GQD）。各表面上铅的电荷转移和吸附能均大于镉和汞（Pb > Cd > Hg）。分子中的原子量子理论和非共价相互作用图谱进一步验证了该结果，同时证实Pb原子在氮配位空位缺陷处具有部分共价键和静电作用的特性。作为键强度判据的THM...N相互作用的电子密度值高于THM…C相互作用，印证了THMs在表面吸附能的变化趋势。表面HOMO-LUMO能隙降低程度遵循Pb > Cd > Hg顺序，并导致电导率提升，这与计算的吸附能趋势一致。THMs吸附引起的表面能隙和电导率显著变化，使其成为极具潜力的金属检测传感器。时变密度泛函理论计算显示，THMs吸附后表面紫外-可见吸收光谱出现峰位移、峰猝灭及新峰等现象，其中峰位移与THMs在表面的吸附能大小相对应。这些结果将推动实验工作者通过理性系统调控表面结构来开发重金属检测传感器。
关键词： 吸附能、有毒重金属、电荷转移、紫外-可见吸收光谱、氮掺杂、密度泛函理论、HOMO-LUMO能隙、石墨烯量子点
更新于2025-09-16 10:30:52
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设计基于二噻吩并萘的受体材料，用于有机太阳能电池并具有优异的光伏参数
摘要： 科学家们正聚焦于非富勒烯类受体材料，因其具有高效的光伏特性。本研究基于实验合成的参考化合物R，通过结构修饰设计了四种新型二噻吩并萘基受体分子，其光伏性能更优。这些新设计分子均以二噻吩并萘为核心，分别连接四种不同的端基受体单元：2-(5,6-二氟-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H1)、2-(5,6-二氰基-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H2)、2-(5-亚甲基-6-氧代-5,6-二氢环戊[c]噻吩-4-亚基)丙二腈(H3)和2-(3-(二氰基亚甲基)-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈(H4)。通过与参照物R对比，分析了这些设计分子的各项光伏参数。所有新分子均表现出更窄的HOMO-LUMO能隙（2.17-2.28 eV，参照物R为2.31 eV）。前沿分子轨道(FMO)图证实了电子从给体到受体的转移过程。这些分子在可见光区均呈现宽幅吸收，且最大吸收波长较R发生红移。与R相比，所有研究分子的激发能更低，表明其具有更高的电荷转移速率。为评估开路电压，将设计受体与经典给体PBDB-T共混，其中H3分子展现出最高的Voc值（1.88 V）。通过TDM分析揭示了电子激发过程行为及给受体单元间的电子空穴分布情况，所有分子的结合能均低于R，其中H3最低（0.24 eV），反映其具有最强的电荷转移能力。H2分子的电子与空穴重组能均低于R，预示其具备最高的电荷转移速率。
关键词： 吸收最大值、结合能、重组能、光伏特性、开路电压、电荷转移、二噻吩并萘、HOMO-LUMO能隙、非富勒烯类受体
更新于2025-09-12 10:27:22
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有机染料分子畸变控制的红移
摘要： 我们通过量子化学方法展示了如何利用芳香染料分子的结构畸变来理性调控其光电性质。采用定量Kohn-Sham分子轨道方法结合含时密度泛函理论(TD-DFT)，系统研究了多种结构和电子调控参数对苯型模型染料HOMO-LUMO能隙的影响，包括：(i)芳香核的面外弯曲；(ii)桥连基团相对于核的弯曲；(iii)桥连基团本身的性质；(iv)π-π堆积作用。研究发现，在苯环体系中，多个结构畸变与桥连长度及桥连数量的耦合效应是导致HOMO-LUMO能隙减小，进而使最低单重激发态（约560 nm）吸收波长红移的主要原因?；谡庑┪锢砣现罢竦辞慷鹊睦硇缘骺胤椒?，我们概念验证性地设计了在785 nm处具有强近红外(NIR)吸收的环芳烃染料18。该设计有望推动一类新型畸变调控型近红外吸收有机染料分子的开发。
关键词： 环芳烃，近红外吸收，结构畸变，HOMO-LUMO能隙，含时密度泛函理论
更新于2025-09-11 14:15:04
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重复单元递增的周期性聚合物：能带结构与载流子传输
摘要： 我们采用紧束缚线模型研究了由N个单体构成的周期性聚合物中额外电子或空穴的能量结构及转移特性，其中重复单元由P个单体组成（以单体为位点，例如DNA中的碱基对），并限定P为偶数。研究涉及两类聚合物：由相同单体构成（如GC…、GGCC…等）和由不同单体构成（如GA…、GGAA…等）。我们计算了最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占分子轨道（LUMO）的本征谱、态密度以及HOMO-LUMO能隙，并发现随着P增大这些类别所具有的极限性质。进一步考察了载流子在每个单体上出现概率的时间平均值特性，引入加权平均频率（针对每个单体）和整体聚合物的总加权平均频率作为整体转移频率含量的度量指标，研究了纯平均转移速率——通过适当选择序列可使该速率提升数个数量级。总体而言，均聚物展现出最有效的电荷转移效率。最后我们将纯平均转移速率与时间分辨光谱获得的实验转移速率进行对比。
关键词： LUMO（最低未占分子轨道）、周期性聚合物、加权平均频率、纯平均转移速率、能级结构、载流子转移、HOMO（最高占据分子轨道）、态密度、HOMO-LUMO能隙、紧束缚线模型
更新于2025-09-04 15:30:14