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基于机器学习的有机太阳能电池能级预测及分子设计
1
作者 彭鑫裕 雷敏 +1 位作者 赵潇捷 彭志嫣 《湖南工业大学学报》 2024年第5期33-39,共7页
作为分布式可再生能源关键组成部分的有机太阳能电池,其效率的主要限制因素是分子的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的能级差异。为了能降低有机太阳能电池的制造成本,提高有机太阳能电池的能量转换效率,提出利... 作为分布式可再生能源关键组成部分的有机太阳能电池,其效率的主要限制因素是分子的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的能级差异。为了能降低有机太阳能电池的制造成本,提高有机太阳能电池的能量转换效率,提出利用机器学习分析有机太阳能电池的能级,指导分子设计。首先,利用机器学习的高效性和成本效益,筛选出20个关键特征,以深入分析其如何影响光伏器件的性能。随后,构建了6种不同的预测模型,对比发现其中基于梯度提升的XGBT模型在预测有机太阳能电池性能方面表现最佳,其决定系数为0.8,并且其均方根误差仅为0.2。最后,利用该模型有效地预测了有机太阳能电池的性能,并且通过对HOMO与LUMO的深入分析,成功识别出两种影响有机太阳能电池能级的关键分子结构。 展开更多
关键词 机器学习 分布式新能源 有机太阳能电池 最高占据分子轨道 最低未占据轨道
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Prediction of the Photofading of Selected Derivatives of 5-(4-X-Phenylazo)-3-Cyano-1-(H or Ethyl)-6-Hydroxy-4-Methyl-2-Pyridone: Theoretical Studies, Comparison of AM1 and PM3 Methods
2
作者 Krzysztof Wojciechowski Lucjan Szuster 《Computational Chemistry》 CAS 2024年第2期25-56,共32页
We analysed the photooxidation reaction in the electro-(1O2) and nucleophilic (O2•−) reaction of 2-pyridone azo derivatives. First, we calculated the energy (enthalpies) of tautomers formation, which is a measure of d... We analysed the photooxidation reaction in the electro-(1O2) and nucleophilic (O2•−) reaction of 2-pyridone azo derivatives. First, we calculated the energy (enthalpies) of tautomers formation, which is a measure of durability and the probability of their formation. We performed the light fastness calculations of the monoazopyridone dyes. Using the semi-empirical methods of quantum chemistry AM1 and PM3, the reactivity indicators of superdelocalisability (SrE(N)) and the electron density distribution in ground state on the highest occupied HOMO orbital and the lowest unoccupied excited state LUMO in 2-pyridone phenylazo derivatives were calculated. Superdelocalisability coefficients enable the stability to oxidising agents of various chemical molecules depending on the tautomeric forms in which they may occur. The results of the electron density calculations at the HOMO and LUMO boundary orbitals allow to determine the tendency to electrophilic attack with singlet oxygen 1O2 or nucleophilic attack of the superoxide anion O2•−on a specific atom in the molecule. The structure of the dyes was optimised with MM+, MD and AM1 or PM3 until a constant energy value was achieved with a convergence criterion of 0.01 kcal/mol. 展开更多
关键词 Photochemical Degradation AM1 and PM3 Methods Boundary orbitals Electron Densities Electrophilic and Nucleophilic Reaction homo and LUMO orbitals
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团簇Co4P的成键及HOMO和LUMO轨道贡献
3
作者 许友 方志刚 +1 位作者 廖薇 秦渝 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第4期359-365,共7页
为深入了解Co-P非晶态合金的特性,在密度泛函理论中的B3LYP/Lanl2dz水平下对团簇Co4P模型进行优化,最终得到6种优化构型.分别通过键长、键级以及态密度对团簇Co4P的成键情况进行分析,得到以下结论:Co-P键对团簇Co4P构型的稳定性提供了... 为深入了解Co-P非晶态合金的特性,在密度泛函理论中的B3LYP/Lanl2dz水平下对团簇Co4P模型进行优化,最终得到6种优化构型.分别通过键长、键级以及态密度对团簇Co4P的成键情况进行分析,得到以下结论:Co-P键对团簇Co4P构型的稳定性提供了较大贡献;Co-P键的杂化方式包括p-d、p-p和p-p-d 3种,其中Co-3d轨道与P-3p轨道形成了较强p-d杂化作用,进一步促进了Co-P键的稳定形成;Co-4s轨道、P-3s轨道及P-3d轨道对团簇Co4P的贡献极小.另外,通过对Co、P原子的HOMO及LUMO轨道贡献率进行分析,发现Co原子是团簇Co4P的潜在催化活性位点. 展开更多
关键词 团簇Co4P 键长 键级 homo和LUMO轨道
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团簇MnPS_(3)催化析氢活性密度泛函研究
4
作者 原琳 方志刚 +2 位作者 刘立娥 魏代霞 宋静丽 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期22-29,共8页
为了探究过渡金属磷化物MnPS_(3)的催化析氢活性,根据拓扑学原理设计出团簇MnPS_(3)模型,运用密度泛函理论,在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理,得到9种优化构型。从前线轨道图(HOMO-LUMO图)、轨道能级差及热力学参数等方面对团簇... 为了探究过渡金属磷化物MnPS_(3)的催化析氢活性,根据拓扑学原理设计出团簇MnPS_(3)模型,运用密度泛函理论,在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理,得到9种优化构型。从前线轨道图(HOMO-LUMO图)、轨道能级差及热力学参数等方面对团簇MnPS_(3)各优化构型的催化析氢活性进行了分析,结果表明:S原子是H原子吸附的主要位点;在Tafel反应中团簇MnPS_(3)加氢构型的稳定性较吸附氢原子前的构型有所下降,有利于氢气解吸;在Heyrovsky反应中团簇MnPS_(3)加氢结构的电子转移所需的能量较大,不利于氢气析出;三重态构型3(3)在氢原子吸附及氢气解吸的过程中均表现较好,是团簇MnPS_(3)最优的催化析氢构型。 展开更多
关键词 团簇MnPS_(3) 前线轨道理论 homo-LUMO图 催化析氢
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利用计算化学方法从HOMO轨道能量判断路易斯碱的强弱
5
作者 陈欣宇 李子昊 +2 位作者 董立坤 蒋燮阳 张书宇 《化学教育(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第14期29-35,共7页
以经典路易斯酸碱性比较问题为切入点,以羰基化合物为实例,从原理上探讨了一种通过计算分子HOMO轨道能量判断路易斯酸碱性的方法,帮助学生比较和分析路易斯碱的相对碱性大小,并对学生表现进行了有效评估。旨在通过此过程引导本科生借助... 以经典路易斯酸碱性比较问题为切入点,以羰基化合物为实例,从原理上探讨了一种通过计算分子HOMO轨道能量判断路易斯酸碱性的方法,帮助学生比较和分析路易斯碱的相对碱性大小,并对学生表现进行了有效评估。旨在通过此过程引导本科生借助现代化研究分析方法主动思考和加深对化学基础概念的理解,进而激发学生的学习兴趣。 展开更多
关键词 有机化学 羰基化合物 计算化学 相对碱性 homo轨道的能量
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热稳定绝缘纸抗热老化性能提升机制的量子化学研究 被引量:16
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作者 廖瑞金 聂仕军 +4 位作者 周欣 汪可 袁磊 杨丽君 程焕超 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第25期196-203,28,共8页
为了从微观角度探究物理改性和化学改性提升热稳定纸抗热老化性能的机制,对纤维素改性相关的几种模型分子、热稳定剂、小分子酸、水分子和氧气进行了量子化学计算,获取了相关分子的最高占用轨道(highest occupiedmolecular orbital,HOMO... 为了从微观角度探究物理改性和化学改性提升热稳定纸抗热老化性能的机制,对纤维素改性相关的几种模型分子、热稳定剂、小分子酸、水分子和氧气进行了量子化学计算,获取了相关分子的最高占用轨道(highest occupiedmolecular orbital,HOMO)能量、最低未占用轨道(lowestunoccupied molecular orbital,LUMO)能量及3种-D-吡喃葡萄糖分子的Mulliken布局分布。通过反应分子间的前线轨道能隙和亲电亲核反应位点来考察不同分子间的反应活性及活性点。结果表明:热稳定纸中胺基热稳定剂先与水分子、小分子酸和氧气这些老化因子反应,从而保护了纤维素链;化学改性使得纤维素的抗氧化性能有小幅提升,但化学稳定性却被降低,由于变压器运行温度远小于起始分解温度,热解难以进行;热稳定纸的亲水性差使得纸中水分含量少,加上有机酸的消耗,纤维素水解反应进行缓慢,这在热老化实验中纸的聚合度下降较少上得到了印证。 展开更多
关键词 热稳定纸 密度泛函 物理改性 化学改性 抗热老化 最高占用轨道 最低未占用轨道
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苯乙烯与苯酚反应的前线轨道理论分析 被引量:4
7
作者 何伟平 黄菊 +1 位作者 王德堂 刘晓静 《原子与分子物理学报》 北大核心 2017年第2期231-237,共7页
采用密度泛函理论的M062X方法和6-311G(d,p)基组,对苯乙烯与苯酚的反应进行了分子轨道理论计算.通过讨论反应过程中各分子的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO),预测了化学反应的方向和相应的反应产物.经过前线轨道理论分析,得出苯... 采用密度泛函理论的M062X方法和6-311G(d,p)基组,对苯乙烯与苯酚的反应进行了分子轨道理论计算.通过讨论反应过程中各分子的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO),预测了化学反应的方向和相应的反应产物.经过前线轨道理论分析,得出苯乙烯与苯酚反应的关键步骤是形成苯乙烯基碳正离子,反应中H+起到催化作用;反应产物主要有4-(1-苯基乙基)苯酚、2-(1-苯基乙基)苯酚、2,4-双-(1-苯基乙基)苯酚、2,4,6-三-(1-苯基乙基)苯酚(SP-3)、1,3-二苯基丁烯和4-(1,2-二苯丙基)苯酚. 展开更多
关键词 苯乙烯 苯酚 化学反应 前线轨道 homo LUMO
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农药基准物——苯取代基定位效应的量子化学研究 被引量:1
8
作者 赵银芝 陈海群 霍发力 《安徽农业科学》 CAS 北大核心 2008年第1期24-25,共2页
采用混合密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G**水平上对10种取代基所形成的化合物进行结构优化,计算出苯环上各个碳原子的电荷数及各种化合物HOMO轨道中各个原子轨道系数,提出依据电子密度和HOMO轨道中原子轨道系数判断取代基定位效应的... 采用混合密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G**水平上对10种取代基所形成的化合物进行结构优化,计算出苯环上各个碳原子的电荷数及各种化合物HOMO轨道中各个原子轨道系数,提出依据电子密度和HOMO轨道中原子轨道系数判断取代基定位效应的方法,并依此给出了10种取代基的定位效应。这种方法避免了依据化学反应来判断取代基定位效应所带来的环境污染问题,同时对芳香化合物的亲电取代反应具有一定的预见性。 展开更多
关键词 密度泛函理论 homo轨道 定位效应
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前线轨道理论在化学中的应用 被引量:6
9
作者 刘衍贞 《潍坊学院学报》 2002年第2期42-44,共3页
前线轨道理论认为 :分子在反应过程中是分子轨道起变化 ,优先起作用的是前线轨道 ,即分子中的最高被电子占有分子轨道 (HOMO)和最低空分子轨道 (LUMO) 。
关键词 前线轨道理论 homo 最高被占轨道 LUMO 最低空轨道 对称性匹配 对称性禁阻 化学
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酰胺水化作用的富里埃红外光谱研究及其SCFPPP计算
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作者 唐善彧 马英华 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 1989年第3期90-93,共4页
本文用富里埃红外光谱仪研究了酰胺水化作用引起的红外光谱变化。用SCFPPP方法对五种酰胺进行了计算。含水酰胺的羰基伸缩振动频率向低波数的位移与酰胺和水分子间的氢键强度成正比。其氢键强度与羰基上氧原子的净电荷密度成正比,与酰... 本文用富里埃红外光谱仪研究了酰胺水化作用引起的红外光谱变化。用SCFPPP方法对五种酰胺进行了计算。含水酰胺的羰基伸缩振动频率向低波数的位移与酰胺和水分子间的氢键强度成正比。其氢键强度与羰基上氧原子的净电荷密度成正比,与酰胺分子的HOMO轨道能量成反比。 展开更多
关键词 酰胺 水化 红外光谱 SCFPPP法
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茶乳酪分子间氢键与抗过敏分子轨道研究 被引量:2
11
作者 刘宗林 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第7期11-13,共3页
应用CNDO/2法研究茶乳酪分子间氢键与抗过敏性的关系.结果表明执过敏性与条乳酪HOMO能量有正变关系。分子间氢键可增加茶环与嘌呤环的共平面。PMO分析表明共平面性可使HOMO具有较高能量,故认为条乳酪可能以电子给予体的形式与酶作用... 应用CNDO/2法研究茶乳酪分子间氢键与抗过敏性的关系.结果表明执过敏性与条乳酪HOMO能量有正变关系。分子间氢键可增加茶环与嘌呤环的共平面。PMO分析表明共平面性可使HOMO具有较高能量,故认为条乳酪可能以电子给予体的形式与酶作用,是茶乳酪产生显著生物学效应的基本条件。 展开更多
关键词 茶乳酪分子 氢键 抗过敏分子轨道
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前线轨道理论在结构化学课程教学中的实践
12
作者 关丽丽 蔡颖 +2 位作者 胡锋 宋金玲 辛国祥 《广州化工》 CAS 2022年第8期231-232,235,共3页
结构化学是化学专业的基础课之一,课程具有较强的理论性和抽象性,尤其是针对分子轨道理论的教学存在很大的难度。本文介绍了使用Multiwfn量子化学波函数分析程序绘制分子的最高占据轨道及最低空轨道,把分子轨道波函数转化为形象的图形,... 结构化学是化学专业的基础课之一,课程具有较强的理论性和抽象性,尤其是针对分子轨道理论的教学存在很大的难度。本文介绍了使用Multiwfn量子化学波函数分析程序绘制分子的最高占据轨道及最低空轨道,把分子轨道波函数转化为形象的图形,并从前线轨道的对称性上分析双分子反应的动力学规律,便于学生更好的理解和掌握前线轨道理论。 展开更多
关键词 结构化学 前线轨道理论 Multiwfn 分子轨道可视化 homo-LUMO
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团簇Ti_3Al_3的电子性质及催化活性
13
作者 王君奥 方志刚 +2 位作者 陈林 李历红 秦渝 《辽宁科技大学学报》 CAS 2019年第1期48-53,共6页
通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位... 通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。 展开更多
关键词 团簇Ti3Al3 电子性质 homo和LUMO前线轨道 费米能级
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过渡金属磷酸盐材料NiPS_(3)催化活性密度泛函分析
14
作者 宋静丽 方志刚 +4 位作者 曾鑫渔 朱依文 毛智龙 刘立娥 魏代霞 《天然气化工—C1化学与化工》 CAS 北大核心 2022年第2期76-82,115,共8页
为探究过渡金属磷酸盐材料NiPS_(3)的催化活性并分析其催化作用机理,根据拓扑学原理和密度泛函理论,以团簇NiPS_(3)为局域模型,在B3LYP/def2-tzvp水平下,利用Gaussian09对团簇NiPS_(3)的初始构型进行了优化和分析。通过分析团簇NiPS_(3... 为探究过渡金属磷酸盐材料NiPS_(3)的催化活性并分析其催化作用机理,根据拓扑学原理和密度泛函理论,以团簇NiPS_(3)为局域模型,在B3LYP/def2-tzvp水平下,利用Gaussian09对团簇NiPS_(3)的初始构型进行了优化和分析。通过分析团簇NiPS_(3)的态密度图及HOMO和LUMO轨道图发现,费米能级左侧峰值和面积略大于右侧且HOMO轨道图中的离域面积大于LUMO轨道图,说明团簇NiPS_(3)具有一定的得失电子能力,且失电子能力大于得电子能力。利用前线轨道理论和库普曼斯定理对团簇NiPS_(3)各个优化构型进行分析发现,S原子附近的离域空间面积较大,对HOMO和LUMO轨道的贡献作用最大,说明S原子最有可能成为团簇NiPS_(3)的潜在催化活性位点。构型5;的能隙差最小,电离势最小,电子亲和能和电负性相对较大,且亲电指数最大,说明其催化活性最强。 展开更多
关键词 团簇NiPS_(3)密度泛函 催化活性 态密度 homo和LUMO轨道 库普曼斯定理
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NBO Population Analysis and Electronic Calculation of Four Azopyridine Ruthenium Complexes by DFT Method 被引量:2
15
作者 N’Guessan Kouakou Nobel Kafoumba Bamba +1 位作者 Ouattara Wawohinlin Patrice Nahossé Ziao 《Computational Chemistry》 2017年第1期51-64,共14页
The molecular structure, the Natural Bond orbital (NBO) and the Time Dependent-DFT of both isomers cis or γ-Cl and trans or δ-Cl of RuCl2(L)2, where L stands respectively for 2-phenylazopyridine (Azpy), 2,4-dimethyl... The molecular structure, the Natural Bond orbital (NBO) and the Time Dependent-DFT of both isomers cis or γ-Cl and trans or δ-Cl of RuCl2(L)2, where L stands respectively for 2-phenylazopyridine (Azpy), 2,4-dimethyl-6-[phenylazo]pyridine (Dazpy), 2-[(3,5-dimethylphenyl)azopyridine] (Mazpy) and 2-pyridylazonaphtol (Nazpy) were calculated with DFT method at B3LYP/LANL2DZ level. The prediction of the frontier orbitals (Highest Occupied Molecular Orbital or HOMO and Lowest Unoccupied Molecular Orbital or LUMO) shows that the most active complexes suitable for electronic reactions are admitted to be the trans isomers. Moreover, δ-RuCl2 (Azpy)2 is discovered to react more actively as photo-sensitizer since its energy gap is the minimum. Besides, electronic structures of all complexes through NBO calculation indicate that Ru-N bonds are made of delocalization of occupancies from lone pair orbital of N atoms to the ruthenium. Moreover, Ru was assumed to have almost the same charge regardless the structure of the azopyridine ligands in the complex indicating that the ligands provide only a steric effect that is responsible for the ruthenium’s selectivity. Concerning the transition state, NBO analysis also highlights that the transition LP(Ru) π*(N1-N2) does correspond to t2g?π*(L). This transition is assumed to correspond to Metal to Ligand Charge Transfer (MLCT) that is responsible for the photo-sensitiveness of the metallic complex. Besides, TDDFT calculation of complexes showed that δ-RuCl2(Nazpy)2 displays the largest band during the absorption. For that reason, it is admitted to be the best photosensitizer due to a large system of conjugation provided by Nazpy ligand. 展开更多
关键词 Natural Bond orbitAL (NBO) homo LUMO Azopyridine LIGAND MLCT LLCT
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A Complete DFT, TD-DFT and Non-Linear Optical Property Study on 6-Amino-2-Methylpyridine-3-Carbonitrile
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作者 Durai Sakthi Madhu Prakasam +2 位作者 Annamalai Prakasam Santhanam Sivakumar Ponnusamy Munusamy Anbarasan 《Computational Chemistry》 2017年第3期129-144,共16页
The optimized geometric structure and photophysical properties of 6-Amino-2-methylpyridine-3-carbonitrile dye have been studied by using Density Functional Theory (DFT). The lowest singlet excited state geometry optim... The optimized geometric structure and photophysical properties of 6-Amino-2-methylpyridine-3-carbonitrile dye have been studied by using Density Functional Theory (DFT). The lowest singlet excited state geometry optimized using Time-Dependent Density Functional Theory (TD-DFT). On the basis of ground and excited state geometries, the absorption spectra have been calculated using the DFT and TD-DFT method in gas phase and acetonitrile medium. To understand the Non-Linear Optical properties of 6-Amino-2-methylpyridine-3-carbonitrile dye, we computed dipole moment (μ), electronic polarizability (α), and first hyperpolarizability (β0) and second order hyperpolarizability (γ) using B3LYP density functional theory method in conjunction with 6-311++G(d) basis set. 展开更多
关键词 Vibrational SPECTRA DFT Natural Bond orbitALS homo-LUMO Electronic and Absorption SPECTRA
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Proton-induced Conversion from Non-Aufbau to Aufbau Electronic Structure of an Organic Radical with Turn-on Fluorescence
17
作者 CHEN Zhangwu LI Feng 《Chemical Research in Chinese Universities》 SCIE CAS CSCD 2022年第3期798-802,共5页
We report a donor-acceptor(D-A)type non-luminescent neutral radical,tris-2,4,6-trichlorophenylmethyl-N,N-dimethyl-9H-carbazol-3-amine(TTM-Cz-DMA).The results of cyclic voltammetry and quantum chemistry calculation con... We report a donor-acceptor(D-A)type non-luminescent neutral radical,tris-2,4,6-trichlorophenylmethyl-N,N-dimethyl-9H-carbazol-3-amine(TTM-Cz-DMA).The results of cyclic voltammetry and quantum chemistry calculation confirm TTM-Cz-DMA has the non-Aufbau electronic structure,which means the singly occupied molecular orbital(SOMO)lies below the highest doubly occupied molecular orbital(HOMO).The non-Aufbau electronic structure changes to the Aufbau electronic structure after protonation and exhibits proton-responsive turn-on fluorescence,which is totally reversible by deprotonation.The dihedral angle between donor and acceptor moieties of TTM-Cz-DMA in excited state reduces from 88°to 62°after protonation,causing the turn-on fluorescence.Our results offer a viewing angle to understand the luminescence of radicals and provide a possible application of proton detection. 展开更多
关键词 Luminescent radical Singly occupied molecular orbital(SOMO)-highest doubly occupied molecular orbital(homo)conversion Non-Aufbau Turn-on fluorescence
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