本發(fā)明屬于光致發(fā)光材料研究，具體涉及一種aucu14光致發(fā)光機理的研究方法。

背景技術(shù)：

1、金屬團簇具有良好的物理性質(zhì)，尤其是它的光致發(fā)光性能，相比于有機染料和半導(dǎo)體量子點，金屬納米團簇具有較好的生物相容性，光穩(wěn)定性和較低的毒性，因此在光學(xué)傳感和生物醫(yī)療方向有重大的應(yīng)用。然而金屬納米團簇的發(fā)光量子產(chǎn)率非常低，一般在20％，近些年人們一直致力于合成高量子效率的金屬團簇。

2、2022年song?y,li?y,zhou?m,et?al.ultrabright?au@cu14?nanoclusters:71.3％phosphorescence?quantum?yield?in?non-degassed?solution?at?room?temperature[j].science?advances,2021,7(2):eabd2091.等人合成了[aucu14(sr)12(bcpp)6]+團簇，aucu14團簇具有高達74％的發(fā)光量子產(chǎn)率，且在oled方面有重大應(yīng)用，但其理論上發(fā)光機制的機理和高量子效率的原因并沒有進行理論研究，而光致發(fā)光機理的理論計算對于推動發(fā)光材料科學(xué)的發(fā)展具有不可或缺的作用，它不僅加深了我們對發(fā)光現(xiàn)象的理解，還為新材料的設(shè)計和應(yīng)用提供了強有力的工具。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種aucu14光致發(fā)光機理的研究方法，本發(fā)明開發(fā)出aucu14團簇的發(fā)光機制研究，并為aucu14團簇的發(fā)光機理研究提供理論支撐，且探究出自旋-軌道耦合常數(shù)為aucu14團簇發(fā)光的最重要影響因素，為探究其他團簇的機制發(fā)光方法提供理論指導(dǎo)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種aucu14光致發(fā)光機理的研究方法，包括如下步驟：

4、在[aucu14(sr)12(bcpp)6]+的基礎(chǔ)上，采用gaussianview構(gòu)建了aucu14團簇、cu14au團簇和agcu14團簇的結(jié)構(gòu)，使用pbe0/def2svp基組對三種團簇進行基態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率振動分析，直至確認(rèn)結(jié)構(gòu)無虛頻，獲得基態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的三種團簇，即獲得優(yōu)化基態(tài)，基態(tài)的優(yōu)化讓其達到能量最低點，也就是最穩(wěn)定的狀態(tài)；

5、采用multiwfn中的軌道成分分析程序和態(tài)密度分析程序獲得優(yōu)化基態(tài)中aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇的軌道成分和態(tài)密度，軌道成分分析用于討論電子結(jié)構(gòu)和分析電荷轉(zhuǎn)移，態(tài)密度分析能夠清楚、直觀地討論體系的電子結(jié)構(gòu)，并采用multiwfn中的軌道定域化程序?qū)?yōu)化基態(tài)中aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇進行電子定域化分析，電子定域化分析能夠?qū)Ⅲw系中的關(guān)鍵電子結(jié)構(gòu)特征通過可視化很好地展現(xiàn)出來，對于分析成鍵和電子結(jié)構(gòu)非常有幫助；

6、采用multiwfn中的電子激發(fā)分析程序，以獲得優(yōu)化基態(tài)后aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇的紫外躍遷軌道，紫外對應(yīng)的是吸收波長處的軌道躍遷，以研究哪些軌道的躍遷對紫外吸收峰有貢獻；

7、使用multiwfn對tddft計算后結(jié)構(gòu)的激發(fā)模式進行了電子-空穴分析，“空穴”的分布完美地描述了被激發(fā)電子的運行路徑，而“電子”的分布完美地描述了被激發(fā)電子的去向，分析光子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)的過程；

8、確定了三種團簇的激發(fā)模式后，采用multiwfn中的ifct程序進行激發(fā)態(tài)電荷轉(zhuǎn)移計算分析，以考察電子激發(fā)過程中體系任意兩個片段之間電子是如何轉(zhuǎn)移的；

9、使用pbe0/def2svp在進行激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；激發(fā)態(tài)的優(yōu)化是在基態(tài)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行的優(yōu)化，激發(fā)態(tài)的優(yōu)化為了進一步分析光反應(yīng)發(fā)射過程中的電子躍遷及反應(yīng)機理，得到優(yōu)化后的激發(fā)態(tài)，優(yōu)化后激發(fā)態(tài)為三重態(tài)；

10、對優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的三種團簇構(gòu)型上，對t1→s0過程進行電子-空穴分析，為了分析發(fā)射過程中的電子激發(fā)模式，從而了解其光學(xué)性質(zhì)的原因；

11、對優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的三種團簇進行電荷轉(zhuǎn)移分析，分析光子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的過程；

12、對優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的三種團簇進行光學(xué)性質(zhì)的研究，解釋發(fā)射過程中的電子躍遷機理，探究配體、結(jié)構(gòu)及核心金屬原子是如何通過微觀電子結(jié)構(gòu)影響其光學(xué)性質(zhì)的；

13、計算優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的三種團簇的自旋-軌道耦合常數(shù)和波長，旋軌耦合對于磷光現(xiàn)象是至關(guān)重要的，因為三重態(tài)與單重態(tài)之間的躍遷偶極矩為0，屬于禁阻躍遷；自旋角動量-軌道角動量的耦合，使得躍遷偶極矩能夠不為0，從而讓三重態(tài)-單重態(tài)之間的躍遷不再是禁阻躍遷，旋軌耦合常數(shù)越大，表明光子從s1→t1的速率越快，因此旋軌耦合的計算能夠解釋高磷光量子產(chǎn)率的原因。通過理論波長的計算，以預(yù)測和設(shè)計具有特定發(fā)射波長的新材料，這對于開發(fā)新型發(fā)光材料和熒光探針具有重要指導(dǎo)意義。

14、優(yōu)選的，使用tddft方法對優(yōu)化基態(tài)中aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇進行紫外光譜的計算，確認(rèn)紫外光譜的理論計算與實驗計算吻合，考慮到[aucu14(sr)12(bcpp)6]+團簇激發(fā)態(tài)難以計算，將實驗合成團簇p配體上的苯基換成了甲基，獲得甲基簡化的基態(tài)，以甲基簡化的基態(tài)為研究對象，在甲基簡化的基態(tài)基礎(chǔ)上進行激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以分析光反應(yīng)發(fā)射過程中的電子躍遷及反應(yīng)機理。

15、優(yōu)選的，t1→s0過程進行電子-空穴分析的方法為：空穴-電子(hole-electron)分析是multiwfn程序支持的一種非常強大、極為實用的考察電子激發(fā)特征的一套方法，它將電子激發(fā)過程描述為“空穴→電子”，從而以圖形化的方式非常直觀地考察電子從哪離開、到哪去，是局域激發(fā)、整體激發(fā)、電子轉(zhuǎn)移激發(fā)還是雜化特征的激發(fā)。

16、優(yōu)選的，優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇電荷轉(zhuǎn)移分析方法為：將優(yōu)化后的三重態(tài)導(dǎo)入電子激發(fā)分析模塊，將三種團簇分別劃分為核心原子，第一層cu籠，第二層cu籠，外接s基配體，外接p基配體五個片段進行電荷轉(zhuǎn)移分析。

17、優(yōu)選的，優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇進行光學(xué)性質(zhì)的研究方法為：對三種團簇進行電子-空穴分析、電荷轉(zhuǎn)移分析以及能量波長計算。

18、優(yōu)選的，優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的aucu14團簇、agcu14團簇和cu14au團簇的自旋-軌道耦合常數(shù)的計算方法為：提取優(yōu)化后的基態(tài)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)，在量化軟件orca中使用pbe0泛函，dkh2基組計算三種團簇單重態(tài)到三重態(tài)之間的旋軌耦合常數(shù)，旋軌耦合常數(shù)對于磷光過程非常重要，其大小影響磷光的量子產(chǎn)率，含有重原子的分子通常具有較大的旋軌耦合，這可以增強磷光的效率。通過計算，研究重原子對磷光性質(zhì)的影響，我們希望能夠通過計算旋軌耦合常數(shù)大小的比較，理論上預(yù)測高磷光量子產(chǎn)率的團簇。

19、優(yōu)選的，優(yōu)化后激發(fā)態(tài)的三種團簇的波長的計算方法：優(yōu)化完激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)后，采用gaussian16的輸出文件給出波長。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

21、1、深入理解發(fā)光機理：理論計算能夠幫助科學(xué)家們深入理解光致發(fā)光的物理過程，包括電子躍遷、激發(fā)態(tài)動力學(xué)、能量傳遞和非輻射弛豫。例如，通過計算能夠揭示聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aie)分子在聚集態(tài)下分子內(nèi)運動受限(rim)的機理，以及如何影響發(fā)光效率。

22、2、預(yù)測和設(shè)計新型發(fā)光材料：理論計算能夠預(yù)測新型發(fā)光材料的光電性能，指導(dǎo)實驗設(shè)計和合成。例如，通過計算可以預(yù)測不同分子結(jié)構(gòu)的熒光量子效率，從而設(shè)計出具有更高發(fā)光效率的新材料。

23、3、優(yōu)化材料性能：理論計算能夠用于優(yōu)化現(xiàn)有發(fā)光材料的性能，如提高發(fā)光效率、調(diào)整發(fā)光顏色、增強穩(wěn)定性；通過計算還能夠發(fā)現(xiàn)材料性能的瓶頸，并提出改進策略。

24、4、探索新的發(fā)光機制：理論計算有助于探索和驗證新的發(fā)光機制，如上轉(zhuǎn)換發(fā)光、熱活化延遲熒光(tadf)，這些新機制的發(fā)現(xiàn)和理解能夠推動發(fā)光材料領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

25、5、跨學(xué)科應(yīng)用：光致發(fā)光機理的理論計算不僅在材料科學(xué)領(lǐng)域有重要應(yīng)用，還能夠與其他學(xué)科如生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等交叉融合，推動相關(guān)領(lǐng)域的研究進展。