分子材料X射线谱的理论表征

The organic functional molecular material is one kind of important new synthetic material. As the organic functional molecular material, organic self-assembled monolayer(SAM) plays an important role in the field of surface science. The fantastic properties of organic SAM attracted much attention in terms of biological analysis, interfacial chemistry, molecular electronics and electrochemistry. Soft X-ray spectroscopy is a powerful tool to study the chemical and electronic structures of organic SAM. However, the high energy of soft X-ray would induce the serious radiation damage of the SAM in process of the interaction between the X-ray and SAM. Besides, the surroundings of SAM, especially the solvent arround SAM also shows influence of the X-ray spectroscopy. In this project, by applying the first princple method, the X-ray spectroscopies of the self-assembled monolayer will be researched to investigate the physical and chemical properties of functional self-assembled organic monolayer. The mechanism of radiation damage that the soft X-ray effect on the self-assembled monolayer will also be revealed. The solvent influence on the X-ray spectroscopies of the SAM will be investigated by means of explicit and implicit solvent models, as well as the relationship between the geometries and X-ray spectroscopies.

有机功能分子材料是一种具有重要作用的新型合成材料。作为有机功能分子材料，有机自组装膜在表面科学领域具有重要的应用价值。由于其独特的性质，该材料在生物分析、界面化学、分子电子学和电化学等领域引起人们的广泛关注。软X射线谱是研究有机自组装单层膜化学和电子结构的重要工具。然而，高能量的软X射线与有机自组装单层膜的相互作用会对有机单层膜造成严重的辐射损伤。此外，自组装单层膜所处的溶剂环境也会对X射线谱的测量造成影响。本课题将利用第一性原理研究有机自组装单层膜的X射线谱，研究自组装单层膜分子材料的物理及化学性质，揭示X射线对有机自组装单层膜的辐射损伤机理。同时，利用显式和隐式溶剂模型研究溶剂对有机自组装单层膜X射线谱的影响，确定分子材料在溶液中的几何结构、电子结构与X射线谱之间的关系。

近年来，有机功能分子材料作为一类新型合成材料在人类的日常生产生活中凸显出极其重要的应用价值和意义。有机自组装膜、有机发光二极管和富勒烯分子是目前研究较为广泛的三种有机功能分子材料。其中，有机自组装膜在表面科学领域具有重要作用，其独特的性质使得该材料成为一种理想的体系，在生物分析、界面化学、分子电子学和电化学等领域有广泛的研究。有机发光二极管材料由于其具有主动发光、易生产以及物理柔性等特性使得其在电子设备照明领域具有广阔的应用前景。富勒烯分子由于其独特的物理和化学性质一直以来也备受关注。软X射线谱技术是研究有机功能分子材料化学性质和电子结构的重要工具之一。其中，X射线光电子能谱和近边X射线吸收精细结构谱是应用最广泛的两种技术。本项目中，我们利用上述两种X射线谱来研究了三类有机功能分子材料，利用X射线谱和分子结构之间的关系，对以上几类有机功能分子材料进行标定和识别。本项目的主要内容之一是选取有机功能分子4-甲基苯硫醇（4-MBT），利用近边X射线吸收精细结构谱来研究4-MBT分子在金表面形成自组装单层膜的分子取向；主要内容之二是选取有机功能分子1,1,2,3,4,5-六苯基硅杂环戊二烯（HPS），理论表征了碳原子1s轨道和硅原子2p轨道的X射线光电子谱和近边X射线吸收精细结构谱；主要内容之三是选取C34富勒烯分子，理论表征了其六种同分异构体的X射线谱，研究了X射线光电子能谱和近边X射线吸收精细结构谱对同分异构体识别的敏感度；主要研究内容之四是研究了C56富勒烯分子及其含氯的衍生物的同分异构体的X射线谱，对三种C56富勒烯同分异构体进行了有效识别；主要研究内容之五是利用X射线谱对三种C66富勒烯同分异构体及其含氯衍生物进行了同分异构体识别。目前的研究工作已经取得了全面的进展，得到较好的结果，研究成果均以学术论文的形式发表在SCI收录的期刊上。本项目的一系列研究成果对有机功能分子材料的研究具有较为重要的理论指导意义。