分子量子结构和电光特性的第一性原理研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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分子量子结构和电光特性的第一性原理研究

项目名称：分子量子结构和电光特性的第一性原理研究
项目类别：国家杰出青年科学基金
批准号：20925311
申请代码：B0302
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：罗毅
负责人职称：教授
依托单位：中国科学技术大学
批准年度：2009

中文摘要：

一直致力于发展和应用第一性原理方法，研究分子、纳米和生物材料的化学和电子结构，以及它们的光学和电子学特性。研究工作强调与实验研究的紧密合作，受到国际同行的肯定和重视。发展了可以系统地研究单分子的各种电导行为的新理论和计算方法,发现和解释了一些新的电子传输机理。所发展的中心插件计算方法，实现了在密度泛函水平上对含有10万多个电子的准周期纳米结构的精确描述，为研究纳米结构的电子结构和光谱特性提供了新的工具。开发了至今最有效和完备的软X-射线光谱计算方法和程序包。计算和标定了水溶液的软X-射线吸收和发射光谱，引发了国际上对水结构的新一轮的争论。对分子的非线性光学性质给出了至今最系统全面的理论研究。揭示了振动和溶液效应对分子双光子吸收材料性能的影响；预言了新的光谱行为并被实验证实；提出的分子设计思想被广泛引用。已在国际学术期刊发表论文200多篇，发表论文已被他人引用一千八百多次。H 因子31。

中文主题词：分子电子学；分子光子学；X-射线谱学；等离基元；光催化

英文摘要：

molecular electronics；molecular photonics；X-ray spectroscopy；plasmon；photo-catalysis

英文主题词： molecular electronics；molecular photonics；X-ray spectroscopy；plasmon；photo-catalysis

结论摘要：

我们注重于发展新的理论和实验方法，研究分子的量子结构和新颖的电光特性。特别是在非线性等离基元谱学、氧化石墨烯特性和应用、新超快谱学方法、TiO2表面光催化机理等方面，取得的一些重要的成果。 (i) 非线性等离基元谱学新概念及新应用: 利用STM金属探针与衬底之间的纳米腔室产生宽频带的等离基元，实现分子共振发光通道的选择性开启，获得超常规的无驰豫热荧光和上转换发光（Nature Photonics,2010）。引入等离基元的非线性特性，实现了具有亚纳米空间分辨率的分子拉曼成像（Nature,2013）。发展了基于含时密度矩阵的新理论方法，成功的模拟了分子在纳腔等离基元激发下的电致发光行为，找到了控制分子发光的各种机理，对已有的实验结果给出了精确的描述（Phys. Rev. Lett., 2011; Angew. Chem., 2013）。我们的研究为非线性等离基元谱学的建立奠定了理论基础。 (ii）氧化石墨烯的特性及应用利用原子力针尖诱导的局域催化还原反应实现了在单层氧化石墨烯上直写纳米图形和制备功能器件。此技术具有图形和器件可直写、线条宽度可控、制备条件温和、同现有微电子技术兼容等显著优点(Nature Communications, 2012)。虽然氧化石墨烯上的含氧官能团的化学类型已基本被识别，但它们在氧化石墨烯表面上的分布形式（即畴结构）一直存在争议。采用超快光谱原位、实时测量手段，提出了氧化石墨烯双畴结构（类石墨烯畴+富氧畴）的新模型(J. Am. Chem. Soc.，2013)。研究还发现，罗丹明分子在氧化石墨烯纳米片晶上的拉曼增强明显依赖于氧化石墨烯的还原时间，说明化学增强可以被某种特定化学基团稳定调控(ACS Nano, 2011)。 iii)新谱学方法首次成功测出界面蛋白质的酰胺III谱带的和频光谱信号，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋结构和无规卷曲结构这一界面表征难题（J. Am. Chem. Soc.)。iv) TiO2表面光催化机理首次观测到了单个水分子在金红石 TiO2(110)表面的光催化分解过程，并揭示了其微观物理和化学机制(J. Am. Chem. Soc., 2012)。揭示了锐钛矿TiO2(110)表面催化活性和微观反应机理，纠正了该表面已有的重构模型和相应的错误结论(Nature Communications,2013).

成果综合统计