卟啉格子化分子光电性质的预测方法技术

本发明专利技术公开了卟啉格子化分子光电性质的预测方法，首先用chemdraw画出分子的化学式，接着导入chemdraw3D进行第一步的结构优化，之后投入服务器进行计算，计算完成后将log文件拖入Gaussview09查看分子的基态结构，再采用密度泛函理论中的B3LYP方法对分子进行结构优化，优化时采用6

【技术实现步骤摘要】
卟啉格子化分子光电性质的预测方法


[0001]本专利技术涉及量子化学计算
，具体涉及一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法。

技术介绍

[0002]卟啉是由4个吡咯和4个次甲基碳组成的方形平面18π芳香大环化合物，可以说是自然界中发现的最重要的色素染料。卟啉因其结构牢固、吸收性好、芳香性强以及金属配位化学等诸多优良特性而被用于许多研究领域。卟啉还因其巨大的平面化π共轭富电子结构，具有大量可修饰的活性位点以及优异的物理与化学稳定性，在有机电子学和光子学领域发挥着重要作用。
[0003]卟啉是一类典型的二维平面化合物。卟啉的中心腔具有与多达56种不同金属配位的能力。考虑到这些卟啉的非配位性，通过改变中心金属的种类，可以构建具有不同功能要求的材料。卟啉在离子分子自组装，COF/MOF构型，催化剂，离子检测等方面有着广泛的应用。如中国专利CN 107391959A公开的不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉催化性质的预测方法，有效利用密度泛函理论(DFT)中B3lyp/6
‑
31G(d)对不同金属原子取代的卟啉体系模型进行结构优化，通过列表比较不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉的键长、键角、能量和前线分子轨道的变化规律来分析出各化合物的催化活性的强弱；但是该专利未对不同卟啉分子的光电性质进行有效预测，也未提出预测物质光电性质的有效方法，因此不能根据该方案针对性找出影响卟啉分子光电性质的主要元素，此外，由于卟啉性质的特殊性，卟啉电子系统的周围容易受到扰动这一事实越来越受到关注，并且已经尝试合理地微调电子以实现具有不同光学和电子特性的系统，所以进一步明确分子中原子堆积距离和连接方式对重组能的影响将具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法，通过对分子的基态结构，弱相互作用力，HOMO和LUMO轨道，IPa和EAa，振动模式，静电势，重组能以及光谱等进行量子化学计算以研究分子堆积距离和连接方式对重组能的影响。
[0005]本专利技术公开的技术方案为：一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法，具体包括如下步骤：
[0006]1)选择需要预测的卟啉分子，chemdraw画出分子的化学式，接着导入chemdraw3D进行第一步的结构优化，之后投入服务器进行计算，计算完成后将log文件拖入Gaussview09查看分子的基态结构；
[0007]2)采用密度泛函理论中的B3LYP方法对分子进行结构优化，优化时采用6
‑
31G(d)基组；
[0008]3)将fchk文件导入Gaussview09软件得到分子轨道图以及轨道能量；
[0009]4)用VMD以及Multiwfn软件对分子的fchk文件进行进一步计算，得到分子的RDG图和NCI图，进一步分析；
[0010]5)用Gaussview09软件计算分子的fchk文件得到分子的静电势图；
[0011]6)根据步骤3)计算得到的信息比较不同距离以及连接方式于卟啉堆积分子轨道能级的影响，前线分子轨道即最高占据轨道、最低空轨道；
[0012]7)IPa，EAa，静电势和重组能的计算结果同样采用B3LYP/6
‑
31G(d)；
[0013]空穴重组能(λ+)和电子重组能(λ
‑
)在一定程度上衡量空穴和电子的传输能力，卟啉分子的重组能越低，注入空穴和电子的能力越佳，分子的光电性质越好。
[0014]进一步地，RDG方法和NCI方法揭示了小分子、分子复合物和固体中的氢键、范德华相互作用和空间排斥。
[0015]进一步地，以RDG颜色为填色的等值面图，显示相应的彩色部分，其中蓝色表示强吸引力，绿色表示范德华作用，红色表示强排斥作用，通过弱相互作用图判断分子内的作用力。
[0016]进一步地，步骤2)中进行结构优化时，根据所选用的计算方法和基组，使用关键词“opt”，提交计算作业，运行量子化学软件包，对所提交的计算作业利用密度泛函理论中的B3LYP方法进行运算，运算结束并得到输出文件。
[0017]本专利技术的有益效果为：
[0018]1.本申请使用Gaussview09等软件和程序、通过量子化学理论计算的方法设计并研究了三类不同距离及连接方式的卟啉堆积格子化分子，分别从基态分子构型、弱相互作用力、静电势、前线分子轨道、电离能、电子亲和势、重组能、Normal Mode分析、吸收光谱进行计算分析，发现距离效应、堆积格子效应、连接方式对卟啉分子光电性质的影响规律，寻找到了空穴和电子重组能较低的合适分子，该方法有望在光电领域得到应用；
[0019]2.研究发现，随着卟啉堆积的碳链长度增加，卟啉分子的重组能会降低；单键连接卟啉平面相比双键连接具有更低的重组能；而在碳链长度同等的情况下，金属原子的插入虽可以获得更低的重组能，但是碳链的长度仍是主要决定因素；这些发现将为后续选择合适的光电材料做出有效预判；
[0020]3.本申请通过量子化学理论计算分析来预测材料性能，相比于实际实验分析而言，能够更为直接的得到弱相互作用力，HOMO和LUMO轨道，IPa和EAa，振动模式，静电势，重组能以及光谱的输出信息，不受其他外界因素的干扰，准确率更高；
[0021]4.本申请可以根据理论值预测出不同距离及连接方式的卟啉堆积格子化分子光电性质的强弱，为实际实验提供理论依据，为实验中卟啉相关堆积分子的合成和性质表征提供帮助，能更有效地合成出重组能更低、电荷迁移率更好、发光效率更高的卟啉堆积分子体系。
附图说明
[0022]图1是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的基态结构图；
[0023]图2是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的结构数据以及二面角(长、宽、高单位均为二面角单位为
°
)；
[0024]图3是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的弱相互作用可视化图(RDG图和NCI图)；
[0025]图4是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的ESP图；
[0026]图5是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的轨道电子云分布图；
[0027]图6是卟啉格子化分子GPSD1
‑
5的振动模式对阳离子态λ
(I)
的贡献；
[0028]图7是GPSD1
‑
5的HOMO
‑
LUMO的gap(Eg)、λ
+
、λ
‑
、IPa、EAa(单位：均为eV，注：λ
+
括号内为NM法计算的数值)。
具体实施方式
[0029]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。
[0030]本实施方式中涉及的所有量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.卟啉格子化分子光电性质的预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)选择需要预测的卟啉分子，chemdraw画出分子的化学式，接着导入chemdraw3D进行第一步的结构优化，之后投入服务器进行计算，计算完成后将log文件拖入Gaussview09查看分子的基态结构；2)采用密度泛函理论中的B3LYP方法对分子进行结构优化，优化时采用6
‑
31G(d)基组；3)将fchk文件导入Gaussview09软件得到分子轨道图以及轨道能量；4)用VMD以及Multiwfn软件对分子的fchk文件进行进一步计算，得到分子的RDG图和NCI图，进一步分析；5)用Gaussview09软件计算分子的fchk文件得到分子的静电势图；6)根据步骤3)计算得到的信息比较不同距离以及连接方式于卟啉堆积分子轨道能级的影响，前线分子轨道即最高占据轨道、最低空轨道；7)IPa，EAa，静电势和重组能的计算结果同样采用B3LYP/6
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，余国静，解令海，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：