圆偏振发光中关键物理量的量子化学计算研究——介绍一个探究性计算化学实验

doi:10.12461/PKU.DXHX202405018

大学化学 >> 2025, Vol. 40 >> Issue (3): 83-91.doi: 10.12461/PKU.DXHX202405018

所属专题：理论与计算化学在化学及其交叉学科教学中的应用

圆偏振发光中关键物理量的量子化学计算研究——介绍一个探究性计算化学实验

陈文恺¹, 沈芸稼², 孔祥梦³, 曾艳丽¹

1 河北师范大学化学与材料科学学院, 石家庄 050024;
2 北京市第八中学, 北京 100032;
3 河北师范大学汇华学院, 石家庄 050091

收稿日期:2024-05-07 录用日期:2024-09-02 发布日期:2025-03-19
通讯作者: 曾艳丽 E-mail:yanlizeng@hebtu.edu.cn
基金资助:
河北省研究生教育教学改革研究项目(YJG2024044)；河北省高等教育教学改革与实践项目(2022GJJG139)；国家级一流本科课程“结构化学”建设项目(2020年度)；河北师范大学科技类博士基金项目(L2023B12)

Quantum Chemistry Calculation of Key Physical Quantity in Circularly Polarized Luminescence: Introducing an Exploratory Computational Chemistry Experiment

Wenkai Chen¹, Yunjia Shen², Xiangmeng Kong³, Yanli Zeng¹

1 College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China;
2 Beijing No. 8 High School, Beijing 100032, China;
3 Huihua College of Hebei Normal University, Shijiazhuang 050091, China

Received:2024-05-07 Accepted:2024-09-02 Published:2025-03-19
Contact: Yanli Zeng E-mail:yanlizeng@hebtu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要： 本文介绍了一个面向高年级本科生和研究生开设的探究性计算化学实验。本实验使用常见的量子化学软件Gaussian和GaussView，利用密度泛函和含时密度泛函理论，对具备圆偏振发光(CPL)的分子(联萘)进行结构优化和性质分析，计算得到发光不对称因子(g_lum)。本实验可以帮助学生熟悉CPL和g_lum的概念和应用，学会激发态的计算方式，并应用于科研工作当中。

关键词: 计算化学实验, 激发态计算, 圆偏振发光

Abstract: This work introduces an exploratory computational chemistry experiment for senior undergraduate and graduate students. The experiment employs commonly available quantum chemistry software, Gaussian and GaussView, and applies density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT), to perform ground- and excited-state geometry optimization, property analysis of an organic molecule (i.e., binaphthalene) with circularly polarized luminescence (CPL) phenomenon. Then, the computational protocols of trivial physical parameters (i.e., emission dissymmetry factors, g_lum) are introduced in this experiment. This experiment familiarizes students with the concepts and applications of CPL and g_lum, teaches them the protocols of excited-state calculations, and enables them to apply these skills to their research.

Key words: Computational chemistry experiment, Excited-state calculation, Circularly polarized luminescence

陈文恺, 沈芸稼, 孔祥梦, 曾艳丽. 圆偏振发光中关键物理量的量子化学计算研究——介绍一个探究性计算化学实验[J]. 大学化学, 2025, 40(3): 83-91.

Wenkai Chen, Yunjia Shen, Xiangmeng Kong, Yanli Zeng. Quantum Chemistry Calculation of Key Physical Quantity in Circularly Polarized Luminescence: Introducing an Exploratory Computational Chemistry Experiment[J]. University Chemistry, 2025, 40(3): 83-91.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202405018

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2025/V40/I3/83

参考文献

[1] Yang, X.; Gao, X.; Zheng, Y.-X.; Kuang, H.; Chen, C.-F.; Liu, M.; Duan, P.; Tang, Z. CCS Chem. 2023, 5, 2760.
[2] Zhang, Y.; Yu, S.; Han, B.; Zhou, Y.; Zhang, X.; Gao, X.; Tang, Z. Matter 2022, 5, 837.
[3] Guo, Q.; Zhang, M.; Tong, Z.; Zhao, S.; Zhou, Y.; Wang, Y.; Jin, S.; Zhang, J.; Yao, H.-B.; Zhu, M.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4246.
[4] Han, J.; Guo, S.; Lu, H.; Liu, S.; Zhao, Q.; Huang, W. Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1800538.
[5] Liao, K.; Hu, X.; Cheng, Y.; Yu, Z.; Xue, Y.; Chen, Y.; Gong, Q. Adv. Opt. Mater. 2019, 7, 1900350.
[6] Zhang, M.; Guo, Q.; Li, Z.; Zhou, Y.; Zhao, S.; Tong, Z.; Wang, Y.; Li, G.; Jin, S.; Zhu, M. Sci. Adv. 2023, 9, eadi9944.
[7] Dai, Y.; Chen, J.; Zhao, C.; Feng, L.; Qu, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202211822.
[8] Imai, Y.; Nakano, Y.; Kawai, T.; Yuasa, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 130, 9111.
[9] 胡红智, 马思渝. 计算化学实验. 北京: 北京师范大学出版社, 2008.
[10] 罗鸣, 石士考, 张雪英. 物理化学实验. 北京: 化学工业出版社, 2012.
[11] 申金山, 马子川, 范小振. 化学实验(下). 北京: 化学工业出版社, 2016.
[12] 王溢磊, 李隽. 大学化学, 2018, 33 (10), 25.
[13] 杨松, 汤义涵, 徐嘉伟, 刘偌曦, 薛冰, 张致慧. 大学化学, 2021, 36 (8), 2010036.
[14] 李晓艳, 张怀玉, 孟令鹏, 曾艳丽. 大学化学, 2022, 37 (12), 2112054.
[15] 张恒, 宋其圣, 贾春江, 苑世领. 大学化学, 2023, 38 (5), 172.
[16] 杨一莹, 张冬菊. 大学化学, 2024, 39 (3), 327.
[17] Frisch, M.; Trucks, G.; Schlegel, H.; Scuseria, G.; Robb, M.; Cheeseman, J.; Scalmani, G.; Barone, V.; Petersson, G.; Nakatsuji, H.; et al. Gaussian 16, Revision C.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2016.
[18] Dennington, R.; Keith, T. A.; Millam, J. M. Gaussview, Version 6; John M. Semichem Inc.: Shawnee Mission, KS, USA, 2016.
[19] Gong, Z.-L.; Zhu, X.; Zhou, Z.; Zhang, S.-W.; Yang, D.; Zhao, B.; Zhang, Y.-P.; Deng, J.; Cheng, Y.; Zheng, Y.-X. Sci. China Chem. 2021, 64, 2060.
[20] Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200.
[21] Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
[22] Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
[23] Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.
[24] Casida, M. E. Time-Dependent Density Functional Response Theory for Molecules. In Recent Advances in Density Functional Methods: (Part I); Chong, D. P. Ed.; World Scientific: Singapore, 1995; pp. 155-192.
[25] Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1971, 54, 724.
[26] Hehre, W. J.; Ditchfield, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257.
[27] Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213.
[28] Miertuš, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1981, 55, 117.
[29] Clark, T.; Chandrasekhar, J.; Spitznagel, G. W.; Schleyer, P. V. R. J. Comput. Chem. 1983, 4, 294.
[30] Zhou, Q.; Hou, X.; Wang, J.; Ni, Y.; Fan, W.; Li, Z.; Wei, X.; Li, K.; Yuan, W.; Xu, Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 135, e202302266.
[31] Shen, Y.-J.; Peng, L.-J.; Diao, L.-N.; Yao, N.-T.; Chen, W.-K.; Yang, Y.; Qiu, M.; Zhu, W.-X.; Li, X.; Wang, X.-Y. Org. Lett. 2024, 26, 7279.

圆偏振发光中关键物理量的量子化学计算研究——介绍一个探究性计算化学实验

Quantum Chemistry Calculation of Key Physical Quantity in Circularly Polarized Luminescence: Introducing an Exploratory Computational Chemistry Experiment

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	王渭娜, 冯丽霞, 刘峰毅, 王文亮. 计算化学实验助力有机反应机理学习——以HCl与不对称烯烃的亲电加成反应为例[J]. 大学化学, 2025, 40(3): 206 -214 .
[2]	樊玲, 庞美丽, 张业云, 王彦美, 尚贞锋. 蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2024, 39(4): 133 -139 .
[3]	周佳. 应用量子化学和机器学习构建水分子势能面——介绍一个综合计算化学实验[J]. 大学化学, 2024, 39(3): 351 -358 .
[4]	王廷博, 罗垚, 胡冰艳, 刘瑞苑, 苗晶, 路慧哲. 烯丙基苯基醚Claisen重排反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2024, 39(11): 278 -285 .
[5]	聂小娃, 杨文超, 郭新闻. 乙醇分子内及分子间脱水反应机理的计算化学实验研究[J]. 大学化学, 2023, 38(9): 179 -187 .
[6]	刘宇昂, 刘晓红, 李姝, 叶世海, 李国然, 言天英. Cu-Zn原电池标准电动势测定实验的计算化学设计[J]. 大学化学, 2023, 38(9): 227 -233 .
[7]	许文华, 李安阳, 岳可芬. 主族元素AB₄型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验[J]. 大学化学, 2022, 37(2): 2108101 - .
[8]	李晓艳, 张怀玉, 孟令鹏, 曾艳丽. 计算化学实验线上线下混合教学模式的探究与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(12): 2112054 -0 .
[9]	杨松, 汤义涵, 徐嘉伟, 刘偌曦, 薛冰, 张致慧. 绝对硬度的量化探究——介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2021, 36(8): 2010036 - .
[10]	许秀芳. HCN与HNC异构化反应活化能的量化计算实验[J]. 大学化学, 2021, 36(2): 1912058 - .
[11]	王溢磊,李隽. 计算化学实验的课程建设[J]. 大学化学, 2018, 33(10): 25 -32 .
[12]	许秀芳. 氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究--介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2016, 31(12): 53 -58 .
[13]	王溢磊. 甲醛分子的结构和性质的计算化学研究——介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2014, 29(5): 66 -70 .
[14]	袁汝明, 傅钢, 韩国彬. 应用理论化学方法预测有机分子的标准摩尔生成焓[J]. 大学化学, 2014, 29(3): 50 -54 .
[15]	袁汝明, 傅钢, 韩国彬. H₃反应势能面的构建——计算化学实验设计[J]. 大学化学, 2011, 26(3): 47 -50 .