2, 3-二呋喃基馬來酸酐光致分子開關機理研究*

張樹東 王傳航 唐偉 孫陽 孫寧澤 孫召玉 徐慧

(曲阜師范大學物理工程學院, 曲阜 273165)

基于第一性原理計算了2, 3-二呋喃基馬來酸酐(2, 3-difurylmaleic anhydride, DFMA)的光致變色開關機理.在獲得DFMA分子開環(O-DFMA)和閉環(C-DFMA)穩定構型的基礎上, 應用微動彈性帶(NEB)法找到了開環與閉環之間的最小能量路徑(MEP)及過渡態構型(TS-DFMA), 得出O-DFMA和C-DFMA的勢壘分別是24959 cm-1(3.0945 eV)和23328 cm-1(2.8923 eV), 預示著DFMA分子可能為熱穩定雙穩態分子.基于MEP曲線(基態S0)對應的分子構型, 計算了DFMA最低8個單重激發態的勢能曲線, 發現僅第1激發態(S1態)在TS-DFMA構型時出現極小值.結合分子軌道躍遷及其圖像, DFMA分子光致變色的機理為: 1)閉環→開環: 在S1-S0共振躍遷的波長激光作用下, C-DFMA分子從S0躍遷至S1態, 然后分子沿S1態勢能曲線退激發, 在TS-DFMA構型處發生從S1態到S0態的交叉跳變回到O-DFMA構型, 完成由閉環→開環的開關動作.這一開關過程中S1態勢能曲線單調下降, 預示著開環動作不會有熒光輻射發生; 2)開環→閉環: 在S1-S0共振躍遷的波長激光作用下, O-DFMA分子從S0躍遷至S1態.從O-DFMA構型到TS-DFMA構型,S1態勢能曲線存在一段相對“平坦”的區域, 僅在接近TS-DFMA構型時才明顯單調下降.這意味著O-DFMA分子可能需要借助振動激發才能跨越S1這段“平坦”區從而接近到TS-DFMA構型, 然后順著單調下降的S1態勢能曲線退激發, 在TS-DFMA構型處發生從S1態到S0態的交叉跳變, 完成由開環→閉環的開關動作.也正因為有起初S1態勢能曲線的平坦區, 這一激發開關過程中同時伴有熒光輻射發生.DFMA分子的光致變色機理預示著其適合制作熒光分子開關.

1 引 言

光致……