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标题: 在TADF等光电材料中，实验确定S1和T1能量的方法，以及三种能差的讨论！！！ [打印本页]

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Author: seantan521 时间: 2018-12-28 05:51
标题: 在TADF等光电材料中，实验确定S1和T1能量的方法，以及三种能差的讨论！！！
本帖最后由 seantan521 于 2018-12-28 05:58 编辑

如附图所示，目前绝大部分方法是通过低温77k下分别测量荧光和磷光，从而计算出s1和t1能量的。

首先实验方法常见的有两种，一种是取荧光和磷光波形，向短波测做切线，取切线和x轴的交点处的值，然后用1240除之得到能量（以下简称切线法，见得比较多），另一种简单粗暴的方法是直接以波峰处的值，然后用1240除之得到能量（以下简称波峰法），如图一所示。

其次单独看这个能差Δest，其实就分为三种，分别是垂直吸收能差，垂直发射能差和绝热能差。如图二所示。

我发现其实很多人这里多少都有些疑问。比如说切线法，波峰法得到的能差分别对应的是垂直吸收，垂直发射还是绝热能差？

考虑到三种能差的理论计算方法不同，值也不一样，通常分析tadf时三种能差哪种用的更普遍或者更能说明问题一点？

作者
Author: sobereva 时间: 2018-12-28 07:49
垂直吸收、垂直发射、绝热吸收/发射全都是为了理论处理方便而假想的过程，实际中根本不存在，这里提了
Gaussian中用TDDFT计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法
http://sobereva.com/314

作者
Author: xaomidaxue 时间: 2018-12-28 08:45
如果发光来自于CT，则取切线，如果来自LE则取峰值。有振动精细光谱的取第一个峰的峰值。
不同的激发态形式采取不同的取值方式

作者
Author: brothers 时间: 2018-12-28 14:28
你所谓de切线法，也就是文献里常说的edge，读取方法其实也有差异，比如切线有的是要求经过峰的左侧上升边的50%高度那个点，有的是过15%高度那个点。这就因人而异了，本人也不做实验，只取旁观态度，只要数据提取方法保持一致且明确说明，问题也不大。
光谱如果有振动精细结构，能观察到0-0振动峰，那就可以比较稳妥地取0-0峰，而不必取edge了。
之所以退而求其次取edge，就是因为光谱是个包，看不到振动峰，读不到0-0。edge数据可以视为0-0发射能的最高限，可以看作是0-0的估计值（最大可能值）。
个人认为，对于包峰取maximum点是错误的，比如你贴的文献。
还有一种dEst测试方法是动力学实验，测PLQY和温度的依赖关系，文献也颇为常见。

作者
Author: xaomidaxue 时间: 2018-12-29 16:13
动力学实验就是测试krisc和1/T的关系曲线，通过拟合线性关系得到△Est，这个要求较高的测试设备。一般根据文献简化处理就行，没必要这么麻烦，实验通过测试或者计算能够证明即可，没有完全绝对的方法。

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-8 20:46

xaomidaxue 发表于 2018-12-28 08:45
如果发光来自于CT，则取切线，如果来自LE则取峰值。有振动精细光谱的取第一个峰的峰值。
不同的激发态形式 ...

但是在很多情况下，S1态为CT态，而T1态为LE态，按照这样，应该S1取切线，而T1取峰值么？可是好像没见过这样操作的例子哎？见得最多的还是都采用切线方法这种。

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-8 21:06

brothers 发表于 2018-12-28 14:28
你所谓de切线法，也就是文献里常说的edge，读取方法其实也有差异，比如切线有的是要求经过峰的左侧上升边的 ...

嗯嗯，老师解释的非常详实，确实切线法很多时候感觉人为误差挺大的，而第二种取峰值的方法见的确实很少。现在还有个问题，就是如果采用这种edge的切线法的话，得到的ΔEst “更类似” 于哪一种能差，垂直吸收，垂直发射还是绝热能差？我的感觉是PL发射峰的左侧切线经常和UV吸收峰的右侧切线交点接近，所以切线法得到的ΔEst更类似于垂直吸收的能差，一般也是这三种算法里，能差最大的一种，而我计算的绝热能差经常比切线法的实验值偏小不少。不知道这样理解对么？

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-8 21:11

xaomidaxue 发表于 2018-12-29 16:13
动力学实验就是测试krisc和1/T的关系曲线，通过拟合线性关系得到△Est，这个要求较高的测试设备。一般根据 ...

嗯，这种方法我们实验室暂时还做不了，Durham的Monkman组可以做。不过我也就是对能差有些疑惑，切线法其实也比较能说明问题了。

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-8 21:30

sobereva 发表于 2018-12-28 07:49
垂直吸收、垂直发射、绝热吸收/发射全都是为了理论处理方便而假想的过程，实际中根本不存在，这里提了
Gau ...

卢老师您好，我明白这三种能差都是理论方便而做的简化。但还是想知道，特别是切线法得到的能差，和哪一种更类似？因为这三种能差都是能计算出来的，选择哪一种能差和切线法得到的能差对比，会更接近或更有意义？比如，我计算的绝热能差总是比实验得到的能差小很多。我觉得切线法是不是应该更加类似于垂直吸收能差？因为PL发射峰的左侧切线经常和UV吸收峰的右侧切线交点接近，而切线法得到的那个值，理论上是发生能的最大值。

作者
Author: xaomidaxue 时间: 2019-1-9 14:24

seantan521 发表于 2019-1-8 21:11
嗯，这种方法我们实验室暂时还做不了，Durham的Monkman组可以做。不过我也就是对能差有些疑惑，切线法其 ...

这个可以测试的，用FLS980或者horiba就可搞定，就是测试比较麻烦，测试成本高

作者
Author: bryan-chen 时间: 2019-1-11 11:10

seantan521 发表于 2019-1-8 20:46
但是在很多情况下，S1态为CT态，而T1态为LE态，按照这样，应该S1取切线，而T1取峰值么？可是好像没见过这 ...

请问一下老师，S1或者T1是CT还是LE怎么去判断呢？

作者
Author: brothers 时间: 2019-1-11 14:37

seantan521 发表于 2019-1-8 21:06
嗯嗯，老师解释的非常详实，确实切线法很多时候感觉人为误差挺大的，而第二种取峰值的方法见的确实很少。 ...

如前所述，我认为切线法理论上只是在"没有振动分辨光谱"情况下的一种不得已而为之的方法。如果能得到振动分辨光谱，S1也好，T1也好，都应该区0-0峰的能量。没有的话再考虑edge。S和T一个有一个没有，那么有的那个也应该取0-0，并且说明取值的差异及这么做的原因。
既然edge是0-0的近似（发射光谱最高限），那么显然通过0-0或edge计算得到的dEst应该对应于Gaussian计算的绝热能差而不是垂直能差；或者现在由于G16可以很快地计算频率，你可以再考虑S1和T1的ZPE校正。加了ZPE校正的dEst理论上就跟你通过0-0或edge计算得到的dEst对应了。
你说的“PL发射峰的左侧切线经常和UV吸收峰的右侧切线交点接近”，这一点还是如上所述，发射光谱edge对应的是0-0发射的最高限，反过来，吸收光谱的edge对应的就是0-0吸收的最低限。假如你的分子变形不是很大，显然这两个edge会比较急接近。文献里为了获得0-0能，除了edge外，还有一个方法就是把发射光谱归一化到跟吸收光谱强度相同（好像是吧，有点忘记了，可以去文献里找找），然后读取吸收和发射光谱的交点能量，就认为是0-0。这个方法跟你取两个edge是不是有点类似？

作者
Author: brothers 时间: 2019-1-11 15:01

seantan521 发表于 2019-1-8 20:46
但是在很多情况下，S1态为CT态，而T1态为LE态，按照这样，应该S1取切线，而T1取峰值么？可是好像没见过这 ...

文献里并没有统一标准。我的回复的是基于光物理理论的，文献里怎么做就各有巧妙了，错误的或强为之解的例子多的是。我还听说过为了去凑计算数据而调整实验光谱解读方法的。在此不多做评论。
当然我并不是做光物理实验和测试的，限于学识，我的认识也可能不全对，欢迎学术讨论。

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-14 17:19

bryan-chen 发表于 2019-1-11 11:10
请问一下老师，S1或者T1是CT还是LE怎么去判断呢？

详见下方brothers老师的回复

作者
Author: seantan521 时间: 2019-1-14 17:24

brothers 发表于 2019-1-11 14:37
如前所述，我认为切线法理论上只是在"没有振动分辨光谱"情况下的一种不得已而为之的方法。如果能得到振动 ...

嗯嗯，谢谢老师。我一直不太清楚edge得到的能差类似于垂直能差还是绝热能差，这下明白了！还有个小问题，大家平时经常说的垂直能差，到底是垂直吸收能差还是垂直发射能差呀？

作者
Author: brothers 时间: 2019-1-16 22:55

seantan521 发表于 2019-1-14 17:24
嗯嗯，谢谢老师。我一直不太清楚edge得到的能差类似于垂直能差还是绝热能差，这下明白了！还有个小问题， ...

对于计算dEst，一般用垂直吸收能的能差。如果不是，文中肯定会说明的

作者
Author: 范学文 时间: 2019-4-22 19:27

xaomidaxue 发表于 2018-12-28 08:45
如果发光来自于CT，则取切线，如果来自LE则取峰值。有振动精细光谱的取第一个峰的峰值。
不同的激发态形式 ...

请问您说的这个具体是什么意思呢？

作者
Author: cokie 时间: 2022-11-22 20:51

brothers 发表于 2019-1-16 22:55
对于计算dEst，一般用垂直吸收能的能差。如果不是，文中肯定会说明的

老师您好，看过您本博文中的讲解醍醐灌顶学到了很多，非常感谢！

对于您这条回复，我有些疑问：
关于使用Gaussian计算的dEst，您这里是说，是通过计算垂直吸收的能差来得到的吗？也就是大部分文章里，如果没有特别说明，那么计算得到的dEst是由吸收能而非发射能计算得到的吗？如果是的话请问大部分文章默认这样计算的原因是什么呢？是为了节约计算资源吗？还是有其他原因呢？

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-11-22 21:20

cokie 发表于 2022-11-22 13:51
老师您好，看过您本博文中的讲解醍醐灌顶学到了很多，非常感谢！

对于您这条回复，我有些疑问：

dEst取什么能差取决于计算目的，不能抛开计算目的笼统地说哪种计算dEst的方法一定是正确的。
当然这不妨碍一些小领域里面dEst可能默认指垂直吸收的能差，但是对于TADF的S1->T1 ISC、T1->S1 RISC而言，理论上无论如何也跟S0结构下的dEst扯不上关系，因为这两个过程根本就不涉及S0态，严格来说只可能是S1结构下的垂直能差、T1结构下的垂直能差、绝热能差、0-0能差等等这几种可能（具体选哪个取决于计算目的以及拿到dEst之后要套什么公式，很难三言两语穷尽所有可能性）。所以S0结构下的dEst必然是近似，假如真的“默认”dEst是在S0结构下计算的话，原因只可能是因为好算。但是随着算力的提高以及大家对精度要求的提高，这个默认的做法将来可能未必是默认做法了，所以如果5~10年后有人来看这个帖子，不要盲目认为到时候dEst还是默认指的垂直吸收能差（搞不好现在就已经不能认为是默认指垂直吸收能差了）。
当然，S0结构下的dEst并不是在所有场合都不是最好选择。比如计算SOC校正的吸收光谱，研究S0->S1吸收峰和S0->T1自旋禁阻吸收峰之间的裂分，那就应该在S0结构下算dEst。

作者
Author: cokie 时间: 2022-11-22 21:30

wzkchem5 发表于 2022-11-22 21:20
dEst取什么能差取决于计算目的，不能抛开计算目的笼统地说哪种计算dEst的方法一定是正确的。
当然这不妨 ...

老师的回答非常详尽！！感激！！

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-11-23 01:08

cokie 发表于 2022-11-22 13:51
老师您好，看过您本博文中的讲解醍醐灌顶学到了很多，非常感谢！

对于您这条回复，我有些疑问：

补充一下，刚才听了一个报告，提到优化激发态结构常常会放大一般泛函算dEst的误差，因为一般的杂化泛函、范围分离泛函倾向于高估TADF分子的激发态结构和基态结构的差别。所以文献用S0结构可能也有误差抵消的考虑。但是用DeltaSCF方法可以避免这个问题，算得比TDDFT准很多，还比TDDFT快。不过需要用MOM方法，一般用Q-Chem做，BDF也支持，ORCA最近也实现了但要等新版发布才能用上。
可以搜一下Jan-Michael Mewes这个人最近的工作

作者
Author: kay 时间: 2022-12-9 08:59

brothers 发表于 2019-1-11 14:37
如前所述，我认为切线法理论上只是在"没有振动分辨光谱"情况下的一种不得已而为之的方法。如果能得到振动 ...

请教一下，为什么发射光谱归一化到跟吸收光谱强度相同，然后读取吸收和发射光谱的交点能量，就认为是0-0。这里应该怎样理解交点为0-0跃迁呢？

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-12-9 14:55

kay 发表于 2022-12-9 01:59
请教一下，为什么发射光谱归一化到跟吸收光谱强度相同，然后读取吸收和发射光谱的交点能量，就认为是0-0 ...

这个规则只是近似的。假设基态振动能级和激发态振动能级分布完全相同，最大吸收峰是从第m个基态振动能级跃迁到第n个激发态振动能级，最大发射峰是从第m个激发态振动能级跃迁到第n个基态振动能级，那么不难推出这个结论。但实际上基态振动能级和激发态振动能级一般并不相同，所以这种读0-0能量的方法是有误差的，只不过当Stokes位移比较小的时候误差一般可以忽略。

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