光敏有机分子和荧光蛋白光功能特性的调控及其相关无辐射过程的理论研究

项目旨在通过QM/MM计算方法、QM/MM-based MD模拟方法、电子转移速率理论方法的完善与发展，并结合非绝热量子-经典动力学方法，建立研究复杂结构体系激发态动力学性质和光功能特性的计算模拟方法，重点开展几类光敏有机分子结构体系和荧光蛋白体系的理论计算研究。系统调查卟啉、酞菁染料、二萘嵌苯类化合物等敏化太阳能电池结构单元和二芳基乙烯类化合物光致变色体系的激发态性质与无辐射过程，及其在半导体氧化物（TiO2、NiO、ZnO等）表面吸附态的光-电与光导特性，探明它们光诱导激发态分子内电子转移、界面间电子转移和能量转移的微观机理，预测分子光功能材料结构单元和GFP生色团微结构环境、介质、结构修饰对其光物理和光化学性质的影响，揭示调控分子光功能材料和荧光蛋白光物理与光化学性质的分子机制，为拓展其在分子光开关、光能转化与利用、分子生物学、生命科学、化学等相关学科中的应用提供理论依据。

项目完善了从弱到强电子耦合强度的电子转移无辐射速率理论，发展了用于描述复杂体系载流子量子动力学的“含时波包扩散方法”，基于块定域波函数的两态模型，实现了非绝热电子态及其电子耦合强度的直接计算，完善了凝聚相激发态计算方案。通过电子结构计算方法和动力学方法的结合，开展了光敏有机分子和生物相关体系激发态性质和相关无辐射过程的计算模拟研究，预测了敏化半导体体系的光电性质、电子与能量转移性质和激子动力学。探明了结构修饰和介质环境对激发态性质的影响和复杂体系光诱导电子转移与能量转移过程的微观机制，为分子光功能材料的设计和太阳能的优化利用等相关基础研究提供理论基础。