自组装分子聚集体中能量和电荷转移过程的理论研究

如何实现自组装分子聚集体中高效的能量和电荷传递对构造许多功能材料和功能器件非常重要。本项目拟通过理论和计算机模拟相结合的方法研究一些典型的自组装分子聚集体中的能量和电荷传递过程。研究内容包括电荷和能量传递理论与计算方法的发展，自然界光合作用体系中高效能量转移和转换的机理，以及有机分子一维自组装纳米结构中各种动态和静态无序对能量和电荷传递性质的影响。预期的研究结果对于发展分子聚集体中的能量和电荷传递的理论和计算方法，以及设计具有高效能量和电荷传递性质的分子组装体系有重要科学意义。

本项目围绕自组装分子聚集体中能量和电荷转移动力学，以及分子聚集体光谱中的理论问题，开展了如下方面的研究：（1）在理论方法发展方面，针对自组装分子聚集体中系统和环境耦合强的特点，着重发展了非微扰量子级联方程理论方法，以及混合的量子-半经典方法，研究其中的动力学问题。（2）在分子聚集体能量转移和光谱研究方面，在国际上首次完成了FMO色素-蛋白复合体二维电子光谱的非微扰计算，揭示了相干能量转移与二维光谱非对角峰随时间振荡的关系。同时开展了利用量子化学和分子动力学模拟紫细菌光合作用反应中心电子-振动耦合的研究，以及捕光体系B850带中激发态的平衡态性质和发射光谱。（3）在分子聚集体和有机分子晶体的电荷和能量转移动力学的研究中，探索了利用采用虚时路径积分方法计算非微扰条件下的分子间电荷转移速率，以及利用随机刘维尔方程计算有机分子聚集体电荷和激子迁移率的新方法。研究了杂原子的引入对四硫富瓦烯类化合物导电性能的影响。