摘 要：采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-31G(g)水平上对环己芳烃化合物芘大环芳烃进行全优化，并讨论其电子密度分布和几何结构，在此基础上用TDDFT方法在CAM-B3LYP/6-31G(g)水平对计算了激发态，研究了N取代的数目和位置以及分子的构型对PyMC6的电子吸收光谱的影响，并对Cs构型的分子进行了荧光的计算。结果表明，分子的对称性对电子吸收光谱影响很大，D3d构型分子最大吸收波长较Cs整体红移，但是分子的斯托克斯位移较大，荧光效率较低。78733

毕业论文关键词：环己芳烃，电子吸收光谱，前线分子轨道，密度泛函理论计算

Abstract: The molecular geometries, electronic structures of PyMC6 and N replaced compounds were investigated using the B3LYP method within a framework of density functional theory (DFT)。 The excitation energies of these molecules were computed by the time-dependent DFT (TD-DFT) methods。 The calculated results of compounds reflect that how the symmetry and the umber and position of N effect the properties of compounds。 The compounds with D3d have great influence of electronic absorption spectrum。 The influence can be described as the red shift of maximum absorption。 Furthermore, The large number of Stokes shift of the molecular with Cs reflects the lower fluorescence efficiency。

Keywords: cyclohexyl aromatic hydrocarbons, electronic absorption spectrum, frortier molecular orbital, density functional calculation

目  录

1  前言 4

2  计算方法 4

3  结果与讨论 4

3。1  结构设计 4

3。2  前线分子轨道 5

3。3  电子吸收光谱 6

3。4  荧光光谱 9

结论 11

参考文献 12

致  谢 13

1  前言

光在生活中无时不在，无处不在，其中荧光材料的研究得到了很多材料研究科学家的青睐。荧光广泛应用于日常的生产生活，如荧光笔、荧光标签、荧光棒、荧光捡漏工具、环卫服装、交通路标、指示牌以及荧光检测等，荧光材料研究集中于荧光发光、荧光生物成像、荧光探针等领域，论文网研发新的荧光物质也是科研工作者的方向和任务。在多环芳烃（PAHs）的研究中，对芘及其衍生物的研究较小，Lorbach等以芘为原料经过5步的反应，得到六个芘环化合物cyclohexa-1,3-pyrenylene，简称PyMC6，PyMC6就有荧光活性。且六个芘的邻位相连使得PyMC6有一定大小的孔径，是一个典型的多孔烯，其两种性质均具有很好的应用前景[1]。本论文为了计算方便将PyMC6上的六个叔丁基去除，并且用N原子分别取代其中的一个或者多个C原子，研究其前线分子轨道、电子吸收光谱及荧光强度的影响，结果将为实验设计合成一系列具有荧光活性的多环芳烃供重要的理论依据。

2  计算方法

采用密度泛函理论（DFT）B3LYP杂化泛函方法在6-31G(d)基组水平上分别对Pyrene、PyMC6-D3d、PyMC6-D3d-6N、PyMC6-D3d-out6N、PyMC6-D3d-un3N、PyMC6-Cs、PyMC6-Cs-6N、PyMC6-Cs-out6N、PyMC6-Cs–un3N进行几何优化，频率计算分析验证得到的几何构型是局域极小值。为了探究N的取代对化合物的影响，在优化几何构型的基础上，利用解析二阶导数方法，对分子进行频率分析并由此获得体系的红外光谱（IR）图谱。在基态优化几何得到的稳定构型基础上，采用时间依赖密度泛函理论(TD-DFT), B3LYP/6-31G*方法计算拟合电子光谱。采用杂化密度泛函CAM-B3LYP/6-31g（d,p），采用TDDFT计算在二氯甲烷溶剂下的荧光光谱。以上计算均采用Gaussian 09[2]程序包计算完成。文献综述