彭谦 耿华有机发光理论、材料、应用等学术报告会 -山东师范大学-物理与电子科学学院
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<span style="font-weight:color:#160429彭谦 耿华有机发光理论、材料、应用等学术报告会
报告题目：有机发光理论及其应用
报告人：彭谦
报告地点：教学二楼物电学院会议室（2241）
报告时间：2016年4月29日 9:00
报告摘要：有机发光材料以特有的柔性、透明、透明可大面积制作等优势在有机光电器件方面得到了广泛应用和快速发展。特别是，最近实验上提出的聚集诱导发光、室温下纯有机磷光、上转换有机荧光及非典型发射团的聚合物发出强荧光等新现象、新原理及新认知，给理论带来了新的机遇和挑战。由于典型的有机发光体系的激发态衰减时间尺度均为纳秒级别，激发态和基态两个电子态之间的非绝热耦合或者自旋轨道耦合项比较弱，基于微扰理论的费米黄金规则成为处理激发态衰减速率的最有效的理论方法。在多维谐振子模型下，我们采用热振动关联函数方法发展了一系列单线态之间及单线态与三线态之间的辐射和无辐射跃迁速率理论公式。该理论考虑了激发态与基态势能面之间的平移、扭曲、Duschinsky转动、Herzberg-Teller等效应，具有普适性。[1] 我们将该理论成功应用于有机光电性能的机理研究：（1）定量揭示了聚集诱导发光（AIE）机理，合理解释了聚集诱导发光现象；通过建立不可测量的电声子耦合与可测的谱学信号之间的关系,理论给出以瞬态拉曼光谱信号来验证AIE机理的实验方案；与实验合作，成功设计和合成了不含有自由转动的芳香环的奇异AIE分子。（2）通过建立发光性质与光伏性能之间的内在联系，理论设计预测了高效的光伏聚合物。（3）理论设计预测了高效的红外/近红外聚合物,为实验合成提供了分子模板。[2]
[1] (a) Shuai,Z. G.*; Peng Q.*, Natl Sci Rev, 2016, (b) Shuai Z. G.*,Peng Q.*, Physics Reports, : 123; (c) Peng, Q.; Niu, Y.L.; Gao X.; Shuai, Z. G.*; J. Chem. Theory. Comput.:558; (d) & & & Niu, Y. L.; Peng, Q.; Shuai, Z.* JPhys Chem A. 2010,114: 7817; (e) Peng, Q.; Yi, Y. P.; Shuai,Z. G.*; Shao J., J Chem Phys2007, 126: 114302.
[2] (a) Zhang, T.; Ma, H. L.; Niu, Y. L.;Li, W. Q.; Wang, D.; Peng, Q.; Shuai, Z. G.; Liang, W. Z. J. Phys. Chem. C: 5040; (b) Bu, F.; Duan, R. H.; Xie,Y. J.; Yi, Y. P.; Peng, Q.*, Hu, R. R.; Qin, A. J.; Zhao, Z. J. *; Tang, B. Z.*Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54: 14492; (c) Jiang, Y. Q.; Peng,Q.*, Gao, X.; Shuai, Z. G.*, Niu, Y. L.; Lin, S. H. J. Mater. Chem.C2012, 22: 4491; (d) Peng, Q.; Niu, Y. L.; Wang, Z. H.; Jiang,Y. Q.; Liu, Y. J.; Shuai, Z. G.* J Chem Phys, : 074510.
个人简介：彭谦，中国科学院化学所副研究员。年在西北大学化学系攻读学士硕士学位，2008年获得中科院化学所理学博士学位，并留所工作。2015年7月至9月在香港科技大学唐本忠院士课题组进行学术访问。主要从事有机光电功能材料的激发态动力学的理论研究。本人采用振动关联函数方法，突破了传统方法中基态与激发态势能面相同这一局限性，发展了普适性的多模耦合无辐射跃迁理论。首次实现了复杂有机发光体系的无辐射跃迁速率计算，结合第一性原理，成功揭示了聚集诱导发光机理，预测了有机金属配合物的发光效率、建立了光伏性能与发光性质的内在关系，综述了OLED机理中激发态电子结构和动力学特征等。总共发表学术论文 68 篇,其中包括Phys. Reports (IF=22.929), J. Am. Chem. Soc., Angew.Chem. Int. Ed., Adv. Mater., J. Chem. Theory Comput.等。撰写了 Wiley 出版的《Aggregation-InducedEmission: Applications》 (Benzhong Tang, Anjun Qin 主编) 专著中的一章“TheoreticalUnderstanding of AIE Phenomena Through Computational Chemistry”;这些论文被他引 1080 次。因在发展无辐射跃迁速率计算方法并应用于有机/高分子材料的发光效率和发光光谱的预测方面取得的创新性成果,申请人获得了2013年中国化学会唐敖庆理论化学青年奖。
报告题目：Understanding the charge transport in D-Aco-crystal and copolymer from super-exchange perspective
报告人：耿华
报告地点：教学二楼物电学院会议室（2241）
报告时间：2016年4月29日 10:00
报告摘要：Inrecent years, there emerged many donor acceptor copolymers and D-A co-crystalssmall molecules, these materials reveal high charge mobility and excellentlight-emitting properties with high potential in organic electronics. Theunderstanding of charge transport properties in such systems is currently ofmajor experimental and theoretical interest. Our work provides the firstmolecular insight into the electronic couplings for hole and electron in suchmaterials，throughmultiscale charge transport simulation, we can predict charge mobility in suchmaterials, And therefore paves the way toward design of charge-transportmaterials with high charge mobility.
个人简介：耿华，中科院化学所副研究员,自2004 年以来一直从事有机光电功能材料中电荷传输问题的理论研究。迄今已发表SCI 收录论文36篇，包括1 篇 Chem. Soc. Rev.，6 篇Adv. Mater., 2 篇 J. Am. Chem. Soc.,及 J. Chem. Phys., J. Phys. Chem 等。被SCI 核心期刊引用584 次，其中单篇引用次数超过30 次的有10 篇。近年来在有机半导体电荷传输机制与性质方面的主要贡献有：（1）发展了分子和晶格振动全量子描述的电荷转移速率理论，结合随机行走策略建立了一套自下而上的多尺度方法。研究表明量子振动引起的核隧穿效应是理解有机半导体中局域电荷传输的核心因素。该模型被剑桥大学、马普所、飞利浦研发中心等多个研究机构应用于澄清关于共轭聚合物的导电机制的争论(Nat Commun 2013)。相关代表性成果在Adv. Mater.发表后立即得到美国化学会网站Noteworthy Chemistry以“predict carrier mobility in organic semiconductor”为题的特别报道。（2）在有机小分子给体-受体共晶体系方面，我们发展了自洽迭代的超交换电子耦合计算程序；考虑环境极化效应以及动态无序对分子格点能的影响，较为精确的计算超交换电子耦合；首次将超交换电子耦合计算方法应用到有机半导体材料电荷传输研究，并发现材料的传输极性与给体-受体分子的电子结构密切相关，建立了材料的电荷传输极性与给体-受体分子的电子结构的关联，从而为设计高性能的双极性传输材料提供理论基础。（Adv. Mater. 3)。（3）上述有关工作应邀在皇家化学会杂志Chem. Soc. Rev.撰写综述文章，总结了近年来有机半导体传输理论的进展。
山东师范大学-物理与电子科学学院 电话：1,73,8910876地址：千佛山校区：济南市文化东路88号教学二楼（250014）& 长清湖校区：济南市长清区大学科技园大学路1号（250358）激光与有机分子材料的非线性相互作用--《山东师范大学》2007年博士论文
激光与有机分子材料的非线性相互作用
【摘要】：
本论文主要进行了两方面的研究工作:一方面是应用现代量子化学方法理论研究了一系列有机分子的非线性光学性质,着重研究了双光子吸收截面和溶剂效应;另一方面是采用时域有限差分法与预估校正运算法则数值求解Maxwell-Bloch方程,模拟了超短脉冲激光在有机分子材料中的共振传播过程。主要内容和结果如下。
1.在Hartree-Fock水平上,利用解析响应函数方法,研究了1,4-二甲氧基-2,5-二乙烯基苯系列衍生物分子的单光子和双光子吸收特性。研究结果表明该系列分子具有较强的双光子吸收特性。在低能量范围内,对于D-π-A型分子,分子的单光子吸收强度和双光子吸收截面最大值都发生在分子的第一激发态。对于D-π-D型分子,单光子吸收强度最大值出现在分子的第一激发态,而最大双光子吸收值则对应于分子的第二激发态。分子的单和双光子吸收强度和分子官能团的电性有关。对于由该类π中心部分构成的分子,其对称型不一定比不对称型更有利于提高双光子吸收截面。分子基态与电荷转移态的电荷转移过程从理论上定性地解释了双光子聚合反应的聚合机理。
2.理论计算了溶剂效应对一类可溶于水的联苯乙烯分子的双光子吸收特性的影响。对于对称分子,计算结果表明溶剂极性对分子的结构和单光子吸收的影响很小,但是双光子吸收性质却显示了很强的溶剂效应。并且,单光子吸收和双光子吸收特性对分子的结构十分敏感,双光子吸收强度通过构型扭转会显著减弱。全面的计算说明,对单个分子与溶剂相互作用性质的计算无法解释实验上观测到的溶剂效应。此外,我们还考虑了分子的单光子电子振动光谱,分析了振动模式对吸收谱的影响。
3.在含时密度泛函的水平上应用解析响应函数方法理论计算了一类偶极分子的单体及其两种结构的二聚体的线性和非线性光学特性。用少态模型解释了分子间的双光子吸收性质的关系。量子化学计算结果与Frenkel激子模型的结果进行了比较,我们的计算在不依赖于实验结果的基础上与实验符合得很好。
4.应用时域有限差分法与预估校正运算法则,通过数值求解Maxwell-Bloch方程,模拟了飞秒激光脉冲在DBASVP偶极分子中的共振传播。在光学范围内,该分子只有一个电荷转移态,因此分子可以简化为两能级模型。数值模拟的结果显示,固有偶极矩对脉冲的传播有显著地影响。对于2π脉冲,理想的自感应透明现象消失,出现了明显的二次谐波成分,其原因在于发生了双光子吸收过程。对于6π脉冲,传播中形成了连续谱,连续的高频成分在时域上支持更短的465阿秒脉冲的产生。
5.着重分析了超连续谱的演化,发现脉冲的面积和脉冲的宽度都对超连续谱起到调制的作用。分裂脉冲之间的相干和时间能量的不确定关系决定了连续谱的谱线形状。同时固有偶极矩对连续谱的影响也做了分析。
6.研究了超短脉冲在两能级偶极分子体系中的共振传播的相位依赖性。结果发现,载波的传播和频谱的演化对脉冲的初始相位非常敏感。大面积的脉冲相位依赖性更强。由于分子的固有偶极矩可以增强分子的非线性光学效应,因此,偶极介质中,相位效应更加明显。
本论文共分为十二章,第一章为综述,对非线性光学现象做了简单的介绍,回顾了非线性光学和非线性光学材料的研究进展。并且介绍了超短脉冲激光的发展和应用。在第二章中,介绍了近年来计算分子非线性光学性质常用的几种计算方法,包括态求和方法、少态模型方法、有限场方法以及响应理论方法,以及研究分子的非线性光学性质的溶剂效应时所采用的理论模型。第三章介绍了用以计算分子电子振动光谱的线性耦合模型。第四章详细论述了超短脉冲激光产生的原理与技术和几种重要的非线性光学现象。介绍了著名的面积定理和自感应透明现象。第五章推导了Maxwell-Bloch方程和慢变振幅近似和旋转波近似下的Maxwell-Bloch方程。对时域有限差分法与预估校正运算法则做了细致的阐述。从第六章到第十一章是应用上述方法和理论所做的具体的研究工作,主要结果上文中已经提及。最后,总结了论文的主要内容并对所研究领域的发展做了展望,提出了下一步的工作计划。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：O437【目录】：
中文摘要6-8
ABSTRACT8-11
第一章 综述11-19
1.1 非线性光学简介11-12
1.2 有机分子材料双光子吸收特性12
1.3 超短脉冲激光的发展和应用12-15
1.4 激光与物质的相互作用15
1.5 论文的研究背景及主要内容15-19
第二章 双光子吸收截面的理论计算19-25
2.1 基本理论19-21
2.2 计算方法21-24
2.3 溶剂模型24-25
第三章 电子振动光谱的计算方法25-29
3.1 Franck-Condon 和 Herzberg-Teller 贡献25-26
3.2 线性耦合模型26-28
3.3 位移d_a 的计算方法28-29
第四章 超短脉冲激光与非线性光学29-40
4.1 超短脉冲激光产生的原理与技术29-33
4.2 几种非线性光学现象33-40
第五章 Maxwell-Bloch 方程40-53
5.1 Maxwell-Bloch 方程的一般表达式40-42
5.2 二能级体系下的Maxwell-Bloch 方程42-44
5.3 慢变振幅近似和旋转波近似下的Maxwell-Bloch 方程44-48
5.4 时域有限差分法与预估校正运算法则48-53
第六章 1,4-二甲氧基-2,5-二乙烯基苯系列衍生物的双光子吸收截面53-60
6.1 分子结构53-55
6.2 单光子和双光子荧光谱55-56
6.3 单光子吸收56-57
6.4 双光子吸收57-58
6.5 电荷转移过程58
6.6 结论58-60
第七章 联苯乙烯分子双光子吸收的溶剂效应60-74
7.1 分子结构61-63
7.2 单光子吸收63-64
7.3 双光子吸收64-68
7.4 电子振动光谱68-74
第八章 相互作用的偶极分子体系的双光子吸收特性74-86
8.1 Frenkel 激子模型74-78
8.2 分子结构78-80
8.3 单光子吸收80-81
8.4 双光子吸收81-86
第九章 超短脉冲激光在DBASVP 分子中的共振传播86-102
9.1 分子的电子结构86-87
9.2 超短脉冲激光在 DBASVP 分子中的共振传播87-102
第十章 超连续谱的演化102-110
10.1 通过改变脉冲峰值改变脉冲面积103-106
10.2 通过改变脉冲宽度改变脉冲面积106
10.3 偶极效应对SC谱的影响106-110
第十一章 超短脉冲传播对初始相位的依赖性110-119
11.1 2π脉冲对初始相位的依赖性111-112
11.2 4π脉冲对初始相位的依赖性112-116
11.3 8π脉冲对初始相位的依赖性116-119
第十二章 总结与展望119-122
12.1 总结119-120
12.2 展望120-122
参考文献122-127
攻读博士学位期间完成的论文127-130
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帅志刚，1962年8月出生，江西人，清华大学化学系教授、博士生导师1983, 7 中山大学物理系，物理专业学士学位1989, 7 复旦大学物理系，理论物理专业博士学位
1989，8 – 1990，2 研究助理（孙鑫教授课题组）1990，3 – 2001，12 比利时University of Mons-Hainaut, Laboratory of Chemistry for Novel Materials, 博士后、研究员。2002，1 – 2008，4 有机固体实验室，、研究员、2008，5 – 今 ，百人计划、长江特聘教授、博士生导师
“Theoretical Chemistry Accounts” (Springer), Member of the Advisory Board (2010 --)“Frontiers of Chemistry in China” (高教出版社)，副主编 (2009 -- )《中国科学：化学》（中科院），编委 (2008 -- )“Journal of Theoretical & Computational Chemistry”, (World Scientific), Advisory Editor (2007 -- )《》（、），编委 (2009 -- )《》（中国化学会、），编委 (2006 -- )中国化学会副秘书长、理事、国际事务工作委员会主任 ()中国化学会专业委员会副主任 (2006 – 2010)中国化学会有机固体专业委员会委员 (2002 –
– 2010)北京大学兼职教授 (2006 年)兼职教授 (2008年)客座教授 (2006年)
理论化学、有机理论计算与模拟
2004 中国科学院百人计划结题评估“优秀”（前20%）2004 2006 国家人事部等7部委“新世纪百千万人才国家级人选”2008 当选为院士2009年当选为英国皇家化学会会士(Fellow)2008年入选教育部特聘教授
《》，帅志刚、邵久书等编著，，北京，2008《》(主编)，第10章“”，帅志刚、邵久书，科学出版社，北京，2007《功能材料化学进展》（主编），第8章“有机功能材料理论研究进展”，帅志刚，化学工业出版社，北京，2005近期部分论文I. Charge transport in electronic materials1. Linjun Wang, Guangjun Nan, Xiaodi Yang, Qian Peng, Qikai Li, Zhigang Shuai*, “Computational methods for design of organic materials with high charge mobility”Chem. Soc. Rev., 3 - 4342. Mengqiu Long, Ling Tang, Dong Wang, Linjun Wang, Zhigang Shuai*, “Theoretical Predictions of Size-dependent carrier mobility and polarity in graphene”, J. Am. Chem. Soc., , 17728 – 17729.3. Linjun Wang, Qikai Li, Zhigang Shuai*, Liping Chen, Qiang Shi, “Multiscale study of charge mobility of organic semiconductor with dynamic disorders”, Phys. Chem. Chem. Phys. ), .4. Xiaodi Yang, Caili Wang, Wei Long, Zhigang Shuai*, Influences of crystal structures and molecular sizes on the charge mobility of organic semiconductors: oligothiophenes, Chem. Mater. ), 3205 – 3211II. Excited states and light-emitting materials5. Yingli Niu, Qian Peng, Chunmei Deng, Xing Gao, Zhigang Shuai*, “Vibration Correlation Function Formalism for Optical Spectra and Radiative/Nonradiative transition rates: Roles of Duschinsky Rotation and Herzberg-Teller Effect”, J Phys Chem A 2010 (invited feature article).6. Qian Peng, Yuanping Yi, Zhigang Shuai*, Jiushu Shao, Towards quantitative prediction of molecular luminescence quantum efficiency: role of Duschinsky rotation, J. Am. Chem. Soc. , 7. Qian Peng, Yuanping Yi, Zhigang Shuai*, Jiushu Shao, Excited state radiationless decay process with Duschinsky rotation effect: formalism and implementation, J. Chem. Phys. , ~8III.Solar cells modelings8. Lingyi Meng, Yuan Shang, Qikai Li, Yongfang Li, Xiaowei Zhan, Zhigang Shuai*, Robin G. E. Kimber, Alison B Walker*, “Dynamic Monte Carlo simulation for highly efficient polymer blend photovoltaics”, J. Phys. Chem. B, , 36 – 41.IV. Electron correlation and nonlinear optical responses9. Yuanping Yi, Lingyun Zhu, Zhigang Shuai*, Correction vector method for three-photon absorption: effects of pi-conjugation in extended rylenebis(dicarboximide)s, J. Chem. Phys. ), ~710. Qingxu Li, Yuanping Yi, Zhigang Shuai*, Local approach to coupled-cluster evaluation of polarizability for long conjugated molecules, J. Comput. Chem. 50-1655.
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