卟啉-富勒烯体系光激发电子转移的理论研究.pdf

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1、第24卷第l0期化学研究与应用Vo1．24．No．102012年lO月ChemicalResearchandApplicationOct．，2012文章编号：1004-1656(2012)10—1499-06卟啉一富勒烯体系光激发电子转移的理论研究宋侃2，王艳2，杨明晖h(1．中国科学院武汉物理与数学研究所，波谱与原子分子物理国家实验室，武汉磁共振中心，湖北武汉430071；2．中国科学院研究生院，北京100049；3．湖北民族学院化学与环境工程学院，湖北恩施445000)摘要：在分子水平研究新型人工光俘获材料对于太阳能电池的发展具有重

2、要意义。本文采用TD．DrI’方法研究了卟啉·富勒烯(P-C国)体系的光诱导电子转移过程。该过程由三个过程组成：(1)光激发过程，P．c由基态激发至卟啉局域激发(LE)态；(2)电荷分离(cs)过程形成卟啉至富勒烯的电荷转移(cT)态；(3)电荷重组(CR)过程。CT态返回到基态。我们通过分析分子轨道指认了LE态和CT，并获得了这两个激发态的结构。采用广义Mulliken-Hush(GMH)方法计算体系电荷分离和电荷重组过程的态态间电子耦合，和实验测量的电子转移速率获得定性一致的结果。本工作为分析、预测光诱导电荷转移过程提供了有效的手段

3、。关键词：卟啉一富勒烯体系；光诱导电子转移；TD．DFT；GMH中图分类号：O641．12’1文献标识码：APhotoinducedelectrontransferinporphyrin-fullerenesystem：atime—dependentDFTstudySongKan，WangYan’·，YangMinghui(1．WuhanCenterforMagneticResonance，StateKeyLaboratoryofMagneticResonanceandAtomicandM{'u18rPhyslc3，WuhanInsti

4、tuteofPhysicsandMathematics，ChineseAcademyofSciences．Wuhan430071，China；2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing10039，China；3．SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering，HubeiUniversityforNationalities，Enshi4,15000，China)Abstract：Thestudyofnewartificiallight—har

5、vestingsystematmoleeulal"levelisimportantforthedevelopmentoforganicsolarceUs．Inthiswork，thephoto-inducedelectrontransferprocessoflight·harvestingdyad(porphyrin·C6o)isinvestigatedwithtime-de-pendentdensityfunctionaltheory(TD—Drr)calculations．Thisprocesscouldberegardedasth

6、reesteps，(1)thephoto—inducedexci-rationoftheporphyr／nehromophoreyieldsalocalexcited(LE)state；(2)thechargeseparation，inwhichthechargetransfer(CT)stateisfollowedbyelectrontransitionfromporphyrintoC60；(3)thechargerecombination，inwhichtheCTstatedecaysandreturnstothegroundsta

7、te．TheLEandCTstatesareassignedthroughtheanalysisofmolecularorbitalandtheirgeometriesareoptimizedbyTD-DFTcalculations．AlsothechargeseparationandchargerecombinationprocessesaredemonstratedbygeneralizedMulliken-Hush(GMH)method．TheP—C6ointhetwoprocessesisapproximatedasa2-sta

8、tesystemandtheelectroniccouplingthatcalculat—ed．Ievaluesoftheoreticalelectroncouplingareinreasonableagr