"晓松讲堂"高级班2—电子光谱(紫外,X-光,辐射,瞬态)

发表时间:2020-09-06 15:51

"晓松讲堂"高级班2—电子光谱于2020年7月29-30日在线成功举办。

李晓松教授针对电子光谱设计了丰富实验和案例。学员们听完课后,对李晓松教授课程内容评价:通过具体案例把以往不懂的知识关联了起来,听完课程后感慨自己“赚到了”,听了晓松老师的课打开了思路,对以后课题有了新的方向”为了能让没能参加课程的学员了解课程内容,我们专门整理了课程纪要,希望对大家有所帮助。


课程亮点

  • 李晓松教授亲自撰写授课讲义和设计上机实例,很多上机实例都是从Nature和Science等杂志上挑选出来的前沿课题。为了方便学员学习,讲义PPT电子档和上机实例全部分享给每位学员

  • 江苏大学李宏平副研究员为每位学员演示Gaussian软件针对不同案例的操作流程并制作了相关操作视频。讲课过程中直接在线答疑,确保学员上机操作中有问题及时解决。

  • 李晓松老师为每个上机实验设置课后思考题,开发学员主动思考计算中的科学技术问题,并附有相关回答。方便课后理解。

  • 课后一周专题班答疑,帮助学员再次巩固课程中难点和疑点,同时解答学员科研工作中遇到的问题。确保专题班学员的学习质量。


课程架构




课程纪要


电子光谱

在讲解电子光谱之前,李晓松教授首先介绍了计算精确电子光谱的三要素:能量,振子强度,谱线形状;同时还要考虑研究体系的溶剂化效应和振动电子耦合的影响。在比较常用的电子光谱的计算方法(Koopmans理论、TD-DFT含时密度泛函理论,CI组态相互作用理论和EOM-CC耦合团簇理论)时,他认为Koopmans理论是很粗略的近似方法,TD充分考虑了电子的弛豫和激发态随时间变化的性质,对于小分子的计算可以用EOM-CC耦合团簇理论来获得高精度的光谱。他结合实验和理论解释了电子振动能级和转动能级可能造成了实验中紫外可见光谱的展宽现象,同时比较了不同体系的使用计算方法。在讲解用Gaussian软件的X光吸收光谱时,他从开发者的角度为学员们演示如何调用Gaussian的新功能进行计算,大大减少了X光谱拟合的计算时间。在介绍电子圆二色普(ECD),他从原理的角度解释了为什么相对于紫外可见光谱,ECD需要计算更多的激发态以获得可靠的结果。



在第二天的光谱理论进阶的课程中,李晓松教授为学员们讲解了光场和势能面的耦合和各种光谱之间的关系。他从计算化学的角度解释了某些固体只能吸收某些方向的光的原因,同时如何从计算的输出文件获得这类材料的紫外吸收光谱。他还比较了显示溶剂化模型和隐式溶剂化模型(PCM)的优缺点和适用体系。他生动地通过自己所做地研究和典型的算例为学员们讲解了系间跨越在光谱研究中的重要性,同时他还介绍了系间跨越强度的计算方法。给学员们充分理解和使用所学知识做出范例。最后他还强调了紫外吸收光谱的精细结构和电子的振动耦合有关,并通过专门设计的算例让学员们充分理解了电子振动耦合在化学研究中的重要性。


 



上机实验

在两天的专题课程中,李晓松为每位学员安排了实验课,并且由江苏大学李宏平副研究员为学员讲解。在NV纳米点实验中,李宏平老师演示了如何进行纳米点的封闭并解释了封闭的原则。他同时建议每位学员充分理解分子轨道图揭示的信息,以在描述实验现象和计算结果时进行更深入的讨论。在讲解每个实验的思考题时,介绍了B3LYP优势在于含有HF交换能对于含碳化合物的处理比较好。当讲到开壳层计算NV-发光材料时,他解释了开壳层体系中电子数目较多的α电子因为电子交换作用使得轨道能级降低,因此β电子轨道的能量相对较高。李宏平老师演示了如何在Gaussian里实现自然跃迁轨道(NTO)的可视化,这有助于充分理解多个轨道同时激发的情况。他在课程实操中强调了HOMO到LUMO的跃迁不等于激发能,会有较大误差,其原因是电子空穴的库伦吸引作用和电子弛豫使得实际的激发能低于HOMO和LUMO的能量差。


第二天的上机实验中,李宏平老师演示了在X光吸收光谱中的铜配位体系的计算。他强调了X光吸收光谱对化学体系变化的敏感性,因此是最具潜力的研究手段。结合李晓松在上午的课程理论讲解,李宏平老师为学员们讲解了如何实现分子的电子振动耦合的紫外可见吸收光谱的计算。让学员们充分认识到其对解释实验光谱的重要性。在课程实操中的最后一个体系是瞬态光谱的计算,李宏平老师演示并解释质子转移反应的瞬态光谱及如何解释了反应的本质。





课后答疑


晓松老师强调隐式溶剂化模型在遇到极性强的溶剂体系会造成一定的误差。为了解决这一问题,李晓松教授推荐小分子有机体系可以使用EOM-CCSD方法来进行高精度计算。在解释精细紫外吸收光谱时他强调电子振动耦合对有机化合物的影响比无机大很多,有机化合物二面角的旋转对电子振动耦合的影响非常大,导致光谱峰的展宽。他还介绍了如何判断电子自旋污染的程度,他认为自旋污染对于碳氮氧等小周期的影响比较小。通过本次的答疑,学员们表示本次讲座解决了自己在计算上很多疑问,并表示可以在未来进行更多课题的研究。






学员评价





学员问题

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