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标题: 关于Multiwfn空穴电子分析结果与实验结果对比分析问题 [打印本页]

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seantan521    时间: 2018-11-26 21:31
标题: 关于Multiwfn空穴电子分析结果与实验结果对比分析问题
大家好,我最近算了几个Donor-Acceptor-Donor材料的Hole/Electron分布,结果发现有几个地方和实验得到的数据似乎不太相符,请问该怎么解释?

本次计算:
第一部分gaussian计算,是以优化过的S0极小点为基础,优化S1得到的激发态数据;
第二部分multiwfn计算,是以优化过的S1结构,计算energy,并分析S1的空穴电子分布(P3额外分析了S3,因为S3的f比S1和S2大得多)。

P1,P2,P3 acceptor一样,donor逐渐减弱,三者结构很类似。
实验结果是,从P1到P3,UV,PL出现明显蓝移,S1,T1,ΔEst都逐步增大,PLQY增大。
UV,PL蓝移和S1,T1增大,和计算结果非常一致。ΔEst逐步增大和gaussian结果也一致。但是PLQY不知道怎么分析了。

我根据计算结果是这样分析的:P1和P2的S1应该是HLCT state,Sm/Sr增大,说明LE成分增强,所以PLQY增大;D,|μ|,H_CT,H减小,Δσ,t增大,说明CT成分减弱,所以ΔEst增大。
但是对于P3,不知道应该按照S1还是S3分析。如果按照S3分析,确实Sm/Sr增大,LE成分增强,所以PLQY增大;但S3应该是比较明显的LE state,但是实际上属于CT才有的溶剂化效应也很明显。如果按照S1分析,Sm/Sr减小,LE成分减弱,所以PLQY应该最小才对,其他数据也看不出什么规律来。

数据有点多,但愿我表达没太多毛病,还望大家给出指导意见来,谢谢了!


以下是以优化过的S0极小点为基础,优化S1得到的数据:
P1:


Excited State   1:      Singlet-A      2.5624 eV  483.85 nm  f=0.3599  <S**2>=0.000
     191 -> 192        0.68666
     191 -> 193       -0.11760
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -2657.31263326   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      2.7818 eV  445.70 nm  f=0.2121  <S**2>=0.000
     190 -> 192       -0.68952
     190 -> 193       -0.11363

Excited State   3:      Singlet-A      3.1230 eV  397.01 nm  f=0.0064  <S**2>=0.000
     191 -> 192       -0.13481
     191 -> 193       -0.61634
     191 -> 194       -0.28345

P2:

Excited State   1:      Singlet-A      2.7212 eV  455.62 nm  f=0.2723  <S**2>=0.000
     159 ->160        -0.69017
     159 ->161         0.10574
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -2880.80836576   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      3.2197 eV  385.08 nm  f=0.1575  <S**2>=0.000
     158 ->160         0.68866
     158 ->161         0.13791

Excited State   3:      Singlet-A      3.3786 eV  366.97 nm  f=0.0080  <S**2>=0.000
     159 ->160        -0.12676
     159 ->161        -0.66740
     159 ->162        -0.12771
     159 ->163        -0.10657

P3:

Excited State   1:      Singlet-A      3.0590 eV  405.31 nm  f=0.0218  <S**2>=0.000
     167 ->168        -0.69929
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -2320.30706947   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      3.3841 eV  366.37 nm  f=0.0493  <S**2>=0.000
     166 ->168         0.69856

Excited State   3:      Singlet-A      3.7836 eV  327.69 nm  f=1.0347  <S**2>=0.000
     165 ->168         0.69092

为节省大家时间,空穴电子分析的相关数据列在此处了,详细数据也列在了帖子末尾处。
 SmSrD|μ|ΔσH_CTHtExcitation energy
 a.u.a.u.Aa.u.AAAAeV
P1-S1
0.2757
0.55236
5.458
10.300901
0.506
3.48
4.532
1.977
2.562
P2-S1
0.28381
0.56828
5.009
9.451717
1.225
2.574
3.778
2.435
2.721
P3-S1
0.17731
0.37369
6.213
11.743834
0.907
2.228
3.216
3.985
3.059
P3-S3
0.4966
0.75775
1.97
3.721192
-1.648
4.07
4.955
-2.1
3.784

Integral of hole:        0.998287
Integral of electron:    0.999194
Integral of transition density:   -0.000932
Transition dipole moment in X/Y/Z:  -2.267361  -0.782868  -0.052416 a.u.
Sm index (integral of Sm function):   0.27570 a.u.
Sr index (integral of Sr function):   0.55236 a.u.
Centroid of hole in X/Y/Z:       -6.815602   -0.745754   -0.754003 Angstrom
Centroid of electron in X/Y/Z:   -2.132248    1.946587    0.024413 Angstrom
D_x:   4.683  D_y:   2.692  D_z:   0.778    D index:   5.458 Angstrom
Variation of dipole moment with respect to ground state:
X:   -8.839106  Y:   -5.081376  Z:   -1.469140    Norm:   10.300901 a.u.
RMSD of hole in X/Y/Z:       3.730   1.552   1.410   Norm:   4.279 Angstrom
RMSD of electron in X/Y/Z:   4.079   2.194   1.199   Norm:   4.785 Angstrom
Difference between RMSD of hole and electron (delta sigma):
X:  0.349  Y:  0.643  Z: -0.211    Overall:  0.506 Angstrom
H_x:  3.904  H_y:  1.873  H_z:  1.305  H_CT:  3.480  H index:  4.532 Angstrom
t index:  1.977 Angstrom
Ghost-hunter index (def 1):      5.606 eV, 1st/2nd terms:  8.245      2.638 eV
Ghost-hunter index (def 2):      4.201 eV, 1st/2nd terms:  6.839      2.638 eV
Excitation energy of this state:     2.562 eV
Note: Probably this is a ghost state, because excitation energy is lower than ghost-hunter index of definition 2

Integral of hole:        0.997560
Integral of electron:    0.999599
Integral of transition density:    0.001032
Transition dipole moment in X/Y/Z:   1.753251  -0.970181   0.078687 a.u.
Sm index (integral of Sm function):   0.28381 a.u.
Sr index (integral of Sr function):   0.56828 a.u.
Centroid of hole in X/Y/Z:        7.108670   -1.739129    0.264028 Angstrom
Centroid of electron in X/Y/Z:    3.114258    1.279441    0.407102 Angstrom
D_x:   3.994  D_y:   3.019  D_z:   0.143    D index:   5.009 Angstrom
Variation of dipole moment with respect to ground state:
X:    7.537622  Y:   -5.696166  Z:   -0.269987    Norm:    9.451717 a.u.
RMSD of hole in X/Y/Z:       2.148   1.779   1.497   Norm:   3.166 Angstrom
RMSD of electron in X/Y/Z:   3.536   2.264   1.283   Norm:   4.391 Angstrom
Difference between RMSD of hole and electron (delta sigma):
X:  1.388  Y:  0.485  Z: -0.214    Overall:  1.225 Angstrom
H_x:  2.842  H_y:  2.022  H_z:  1.390  H_CT:  2.574  H index:  3.778 Angstrom
t index:  2.435 Angstrom
Ghost-hunter index (def 1):      6.274 eV, 1st/2nd terms:  9.149      2.875 eV
Ghost-hunter index (def 2):      4.855 eV, 1st/2nd terms:  7.730      2.875 eV
Excitation energy of this state:     2.721 eV
Note: Probably this is a ghost state, because excitation energy is lower than ghost-hunter index of definition 2

Integral of hole:        1.000992
Integral of electron:    0.999419
Integral of transition density:    0.000122
Transition dipole moment in X/Y/Z:  -0.365779  -0.174894  -0.355876 a.u.
Sm index (integral of Sm function):   0.17731 a.u.
Sr index (integral of Sr function):   0.37369 a.u.
Centroid of hole in X/Y/Z:       -8.262085   -1.782182    0.835192 Angstrom
Centroid of electron in X/Y/Z:   -3.143385    1.567431   -0.252927 Angstrom
D_x:   5.119  D_y:   3.350  D_z:   1.088    D index:   6.213 Angstrom
Variation of dipole moment with respect to ground state:
X:   -9.674930  Y:   -6.331152  Z:    2.056669    Norm:   11.743834 a.u.
RMSD of hole in X/Y/Z:       1.975   1.399   1.332   Norm:   2.762 Angstrom
RMSD of electron in X/Y/Z:   2.976   1.834   1.115   Norm:   3.669 Angstrom
Difference between RMSD of hole and electron (delta sigma):
X:  1.001  Y:  0.435  Z: -0.217    Overall:  0.907 Angstrom
H_x:  2.476  H_y:  1.616  H_z:  1.223  H_CT:  2.228  H index:  3.216 Angstrom
t index:  3.985 Angstrom
Ghost-hunter index (def 1):      5.754 eV, 1st/2nd terms:  8.072      2.318 eV
Ghost-hunter index (def 2):      5.857 eV, 1st/2nd terms:  8.174      2.318 eV
Excitation energy of this state:     3.059 eV
Note: Probably this is a ghost state, because excitation energy is lower than ghost-hunter index of definition 2

Integral of hole:        1.000119
Integral of electron:    0.999456
Integral of transition density:    0.000314
Transition dipole moment in X/Y/Z:  -3.277050  -0.644315  -0.082948 a.u.
Sm index (integral of Sm function):   0.49660 a.u.
Sr index (integral of Sr function):   0.75775 a.u.
Centroid of hole in X/Y/Z:       -0.281679    0.900260   -0.096908 Angstrom
Centroid of electron in X/Y/Z:   -2.056340    1.746909   -0.211110 Angstrom
D_x:   1.775  D_y:   0.847  D_z:   0.114    D index:   1.970 Angstrom
Variation of dipole moment with respect to ground state:
X:    3.352911  Y:   -1.599596  Z:    0.215765    Norm:    3.721192 a.u.
RMSD of hole in X/Y/Z:       5.308   2.030   1.053   Norm:   5.779 Angstrom
RMSD of electron in X/Y/Z:   3.536   1.819   1.117   Norm:   4.131 Angstrom
Difference between RMSD of hole and electron (delta sigma):
X: -1.771  Y: -0.211  Z:  0.064    Overall: -1.648 Angstrom
H_x:  4.422  H_y:  1.925  H_z:  1.085  H_CT:  4.070  H index:  4.955 Angstrom
t index: -2.100 Angstrom
Ghost-hunter index (def 1):      1.803 eV, 1st/2nd terms:  9.114      7.311 eV
Ghost-hunter index (def 2):      1.506 eV, 1st/2nd terms:  8.817      7.311 eV
Excitation energy of this state:     3.784 eV







作者
Author:
ggdh    时间: 2018-11-26 21:57
用s1,一般不要违背kasha规则
PLQY不光和重叠有关,还和gap,分子柔性,isc等有关,一般gap大,IC小,会导致QY大
所以在解释实验现象的时候,没必要强行用sr去解释qy
作者
Author:
seantan521    时间: 2018-11-26 22:10
ggdh 发表于 2018-11-26 21:57
用s1,一般不要违背kasha规则
PLQY不光和重叠有关,还和gap,分子柔性,isc等有关,一般gap大,IC小,会导 ...

嗯嗯,因为三个结构其实很类似,感觉分子柔性差距不会很大,但是因为削弱了共轭,gap确实变大了,从这里解释PLQY增大确实可行。
那么,在正式文章中,怎么解释S3的振子强度远大于S1,S2,以及P3的空穴电子重叠最少,但PLQY最大这个事实?因为,只要把数据挂出来总觉得怪怪的。
作者
Author:
seantan521    时间: 2018-11-27 21:04
ggdh 发表于 2018-11-26 21:57
用s1,一般不要违背kasha规则
PLQY不光和重叠有关,还和gap,分子柔性,isc等有关,一般gap大,IC小,会导 ...

还是有些不知道怎么解释。
比如说我这个系列设计了6种结构,对比发现,不管是分析电荷效应还是空间效应,只要我削弱了共轭,都得到了明显的蓝移,但是一般削弱共轭造成的蓝移和减色效应是一块出现的,但我的偏偏结果表明,随着我削弱共轭,PLQY在不断升高。
对于gap大,IC小,PLQY大,我也有个疑问。如果三个激发态都参与了吸收,而由于S3的f比较大,所以更多的吸收发生在S3。这时,如果gap比较小,那么是不是更容易通过VR和IC转换到S1,从而产生更大的PLQY呢?
作者
Author:
seantan521    时间: 2018-11-27 21:08
恳求卢老师能否解释一下,这个问题困扰好久了。如果几个激发态都参与了吸收或者激发,如何判断他们对PLQY的贡献?@Sobereva
作者
Author:
ggdh    时间: 2018-11-29 10:39
本帖最后由 ggdh 于 2018-11-29 10:45 编辑
seantan521 发表于 2018-11-27 21:04
还是有些不知道怎么解释。
比如说我这个系列设计了6种结构,对比发现,不管是分析电荷效应还是空间效应 ...

IC 特指S1到S0的IC,S3到S1的IC由于速度太快基本不用考虑。对PLQY也没有影响
你前面所有的问题都是因为你没搞懂Kasha规则。
既然发射过程只跟S1相关,你管S2 S3干什么。PLQY也只跟S1的各种过程相关。
吸收发射不要弄混了。减色效应一般是用在吸收中,跟PLQY也没啥关系。





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