张树东 王传航 唐伟 孙阳 孙宁泽 孙召玉 徐慧

(曲阜师范大学物理工程学院, 曲阜 273165)

基于第一性原理计算了2, 3-二呋喃基马来酸酐(2, 3-difurylmaleic anhydride, DFMA)的光致变色开关机理.在获得DFMA分子开环(O-DFMA)和闭环(C-DFMA)稳定构型的基础上, 应用微动弹性带(NEB)法找到了开环与闭环之间的最小能量路径(MEP)及过渡态构型(TS-DFMA), 得出O-DFMA和C-DFMA的势垒分别是24959 cm-1(3.0945 eV)和23328 cm-1(2.8923 eV), 预示着DFMA分子可能为热稳定双稳态分子.基于MEP曲线(基态S0)对应的分子构型, 计算了DFMA最低8个单重激发态的势能曲线, 发现仅第1激发态(S1态)在TS-DFMA构型时出现极小值.结合分子轨道跃迁及其图像, DFMA分子光致变色的机理为: 1)闭环→开环: 在S1-S0共振跃迁的波长激光作用下, C-DFMA分子从S0跃迁至S1态, 然后分子沿S1态势能曲线退激发, 在TS-DFMA构型处发生从S1态到S0态的交叉跳变回到O-DFMA构型, 完成由闭环→开环的开关动作.这一开关过程中S1态势能曲线单调下降, 预示着开环动作不会有荧光辐射发生; 2)开环→闭环: 在S1-S0共振跃迁的波长激光作用下, O-DFMA分子从S0跃迁至S1态.从O-DFMA构型到TS-DFMA构型,S1态势能曲线存在一段相对“平坦”的区域, 仅在接近TS-DFMA构型时才明显单调下降.这意味着O-DFMA分子可能需要借助振动激发才能跨越S1这段“平坦”区从而接近到TS-DFMA构型, 然后顺着单调下降的S1态势能曲线退激发, 在TS-DFMA构型处发生从S1态到S0态的交叉跳变, 完成由开环→闭环的开关动作.也正因为有起初S1态势能曲线的平坦区, 这一激发开关过程中同时伴有荧光辐射发生.DFMA分子的光致变色机理预示着其适合制作荧光分子开关.

1 引 言

光致……