中文摘要：

光电能量转化过程常常发生在半导体材料的表面和界面处或受限的纳米空间中，其本质上是纳米尺度上发生的能级跃迁、原子成键、电荷转移的物理化学过程。可是，它们的微观机制，特别是原子层次上的光吸收，电子激发，原子结构变化，原子振动和热传导过程，这些纳米尺度上的光-电子-声子的耦合作用和其量子行径，人们所知甚少。我们期望从微观尺度研究有机分子和氧化物半导体材料界面处电荷转移和能量转化过程，设计和发现新材料和混合材料以调节他们的组分、结构、光学吸收、电子耦合，以满足高效的能源生产过程。其中一个重要的方面就是利用储量丰富、价格低廉的有机分子在表面上的吸附来改造无机材料（特别是氧化物半导体纳米结构）的光学响应和能带结构。界面处分子吸附、电子耦合、电子转移动力学将为这项研究的重点。

结论摘要：

我们紧密围绕利用精确的表面科学理论和实验表征手段研究能源转换体系中的微观机理这一研究思路，严格执行研究计划，认真部署研究力量和资源，较好完成了计划书中提出的各项研究任务。取得如下代表性成果1.设计了新型不含金属的电子给体（D）-连接部分（π）-电子受体（A）的有机染料分子。系统地改变了D, π，和A三个部分。预测最好的染料效率可达20%。2.确定D-π-A分子精确吸附构型和定量比例。首次提出氰基丙烯酸染料通过-CN和羧基以三键构型吸附，并通过实验验证。提出COO反对称振动峰是一个分子吸附构型测量的敏感探针。3. 通过电子激发态动力学模拟，初步建立界面结构-器件性能的微观关系，特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。4.发展了电子复合过程模拟的TDDFT计算方法。开发了第一性原理预言有机分子能源转化效率的算法PANDORA，其精度与实验结果相差1-2%以内。5. 通过加入少量水或改变吸附条件，人工调控分子吸附构型，并提高染料敏化电池的效率。6. 在水、氢气、卟啉、果酸等分子及硅烯与表面的量子作用方面取得多项成果。7.在激发态反应方面，研究了分子与等离激元耦合规律和石墨烯表面氢光激发脱附的动力学过程。 项目执行期间已发表代表性学术论文约15篇。有3-5篇论文尚在整理和发表的过程之中。撰写综述性论著3篇；科普文章2篇。有六名博士研究生重点参与并承担了大部分研究工作，其中有两名于2013年毕业，一名获得国家奖学金，一名获的ChinaNano 2013 国际大会最佳张贴报告奖（获奖比例2%）。项目负责人获邀在IUMRS-ICEM 2012, ACCMS6，ChinaNano 2013等多个国际会议与全国物理学年会（2011）、全国凝聚态理论与统计物理会议（2012）、国际理论凝聚态与计算会议（2011）上讲邀请报告，获国际材料研究联合会（IUMRS）青年科学家银奖（2012）和国家自然科学基金委优秀青年基金奖励（2012）。 下一步计划完善含时密度泛函自主软件，并把超快电子动力学应用于更一般的界面过程。开拓量子材料设计与表面量子作用的机制研究，并加强与超快实验、器件表征和应用方面的合作。