卟啉分子的谱学计算与理论表征

优化后的卟吩分子结构示意图   优化后的钴卟啉分子结构示意图   卟啉分子是一种很好的光敏材料,可做为探测器的可光致发光材料,因此对这种材料进行谱学表征就显得很有必要。本实验基于量子力学第一性原理的理论方法,采用DMOL3软件包对卟啉分子的拉曼、红外振动、光吸收谱的谱学性质进行模拟,从理论上来表征材料。
  一、实验内容
  实验采用DFT semical-core pseudopotential的赝势,paw-pbe的泛函进行钴卟啉分子模型的搭建及结构优化。卟吩分子是卟啉分子的最小单元,图1是所得到的最优卟吩分子结构示意图,图2则是优化后钴卟啉分子的结构示意图,其中Co-N键长为1.98Å,键角约为90°。对优化后的分子进行频率、光学性质的计算。

红外振动谱图模拟操作界面

钴卟啉分子的拉曼谱图    钴卟啉分子的吸收谱图   a. 实验过程中使用的Material studio和DMOL3软件包操作界面如图3所示。图中给出了有关红外振动谱图的模拟计算及其结果,为钴卟啉的一种主要振动模式及红外振动谱图。
  b. 同样的操作界面下,选择不同的模拟计算内容,获得钴卟啉的拉曼谱图(图4)和吸收谱图(图5)。通过拉曼谱图和吸收谱图结果可以知道钴卟啉分子在可见光范围内有个比较明显的吸收峰,而通过拉曼和红外振动谱图也能鉴别这样一种分子。
  二、功能及效果
  本实验学习用DMOL3软件计算分子和周期体系的谱学特性,根据所得信息对材料进行表征,并了解DMOL3软件在谱学计算方面的应用。真实实验中由于光激发、杂质等原因,对材料的鉴别往往与材料的真实属性有一定的偏差,而理论计算与模拟则不存在上述的问题,因此谱学计算与理论表征是鉴别分子或材料的关键手段。

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