[发明专利]卟啉格子化分子光电性质的预测方法

说明书

本发明公开了卟啉格子化分子光电性质的预测方法，首先用chemdraw画出分子的化学式，接着导入chemdraw3D进行第一步的结构优化，之后投入服务器进行计算，计算完成后将log文件拖入Gaussview09查看分子的基态结构，再采用密度泛函理论中的B3LYP方法对分子进行结构优化，优化时采用6‑31G(d)基组，接着多方比较不同卟啉堆积分子的基态结构，前线分子轨道，IPa，EAa和重组能；分子的重组能越低，光电性质越好，研究发现堆积距离以及连接方式会对卟啉格子化分子的重组能会产生明显影响，堆积距离的影响相对更为显著，这就为寻找空穴和电子重组能较低的合适分子提供了有效思路。

技术领域

本发明涉及量子化学计算技术领域，具体涉及一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法。

背景技术

卟啉是由4个吡咯和4个次甲基碳组成的方形平面18π芳香大环化合物，可以说是自然界中发现的最重要的色素染料。卟啉因其结构牢固、吸收性好、芳香性强以及金属配位化学等诸多优良特性而被用于许多研究领域。卟啉还因其巨大的平面化π共轭富电子结构，具有大量可修饰的活性位点以及优异的物理与化学稳定性，在有机电子学和光子学领域发挥着重要作用。

卟啉是一类典型的二维平面化合物。卟啉的中心腔具有与多达56种不同金属配位的能力。考虑到这些卟啉的非配位性，通过改变中心金属的种类，可以构建具有不同功能要求的材料。卟啉在离子分子自组装，COF/MOF构型，催化剂，离子检测等方面有着广泛的应用。如中国专利CN 107391959A公开的不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉催化性质的预测方法，有效利用密度泛函理论(DFT)中B3lyp/6-31G(d)对不同金属原子取代的卟啉体系模型进行结构优化，通过列表比较不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉的键长、键角、能量和前线分子轨道的变化规律来分析出各化合物的催化活性的强弱；但是该专利未对不同卟啉分子的光电性质进行有效预测，也未提出预测物质光电性质的有效方法，因此不能根据该方案针对性找出影响卟啉分子光电性质的主要元素，此外，由于卟啉性质的特殊性，卟啉电子系统的周围容易受到扰动这一事实越来越受到关注，并且已经尝试合理地微调电子以实现具有不同光学和电子特性的系统，所以进一步明确分子中原子堆积距离和连接方式对重组能的影响将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法，通过对分子的基态结构，弱相互作用力，HOMO和LUMO轨道，IPa和EAa，振动模式，静电势，重组能以及光谱等进行量子化学计算以研究分子堆积距离和连接方式对重组能的影响。

本发明公开的技术方案为：一种卟啉格子化分子光电性质的预测方法，具体包括如下步骤：

1)选择需要预测的卟啉分子，chemdraw画出分子的化学式，接着导入chemdraw3D进行第一步的结构优化，之后投入服务器进行计算，计算完成后将log文件拖入Gaussview09查看分子的基态结构；

2)采用密度泛函理论中的B3LYP方法对分子进行结构优化，优化时采用6-31G(d)基组；

3)将fchk文件导入Gaussview09软件得到分子轨道图以及轨道能量；

4)用VMD以及Multiwfn软件对分子的fchk文件进行进一步计算，得到分子的RDG图和NCI图，进一步分析；

5)用Gaussview09软件计算分子的fchk文件得到分子的静电势图；

6)根据步骤3)计算得到的信息比较不同距离以及连接方式于卟啉堆积分子轨道能级的影响，前线分子轨道即最高占据轨道、最低空轨道；

7)IPa，EAa，静电势和重组能的计算结果同样采用B3LYP/6-31G(d)；

空穴重组能(λ+)和电子重组能(λ-)在一定程度上衡量空穴和电子的传输能力，卟啉分子的重组能越低，注入空穴和电子的能力越佳，分子的光电性质越好。