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[Gaussian/gview] 请教关于计算的荧光发射光谱较实际实验测试相差太大的问题

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各位老师好,我在进行了激发态的结构优化后,out文件输出的荧光发射光谱信息如下:
Excitation energies and oscillator strengths:

Excited State   1:      Singlet-A      2.4908 eV  497.77 nm  f=0.1747  <S**2>=0.000
      75 -> 76         0.70377
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -934.718016470   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      2.9306 eV  423.06 nm  f=0.0019  <S**2>=0.000
      74 -> 76         0.70623

Excited State   3:      Singlet-A      3.6389 eV  340.72 nm  f=0.2360  <S**2>=0.000
      73 -> 76         0.68023
      75 -> 78         0.13342

根据kasha规则,荧光发射主要是S1到S0的跃迁,然后可以看到荧光发射波长只有497.72nm,但是我实际测试的荧光发射为580nm左右(溶剂为10 mM的PBS含1% DMSO),相差了接近80 nm。我的gif输入命令是:# opt freq td b3lyp/6-31g(d,p) scrf=(solvent=water) em=gd3bj,然后想请教各位老师,怎么优化结构使得我的计算更贴近我实验的实际结果呢?我目前的想法有:
1.更改溶剂模型,因为激发态结构优化用SMD模型比较难收敛,所以我准备再使用优化完的最优激发态结构算一次S0到S1的能量,然后按照卢老师博文里写的:对于混合溶剂,应该将几种溶剂的eps和epsinf按照体积比例进行混合来定义自定义溶剂。 PBS的介电常数和水非常接近,经计算后那我的溶剂模型就是:scrf=(smd,solvent=generic,eps=78.1,epsinf=1.78)。或者我能直接用scrf=(smd,solvent=dmso)来进行计算吗?
2.优化泛函和基组,考虑到激发态结构优化的时间和可能不收敛问题,还是采用该泛函和基组优化完结构后,换用CAM-B3LYP和def2-TZVP来进行能量计算。
3.增加激发态的数目,按照卢老师说的:对于TDDFT,研究第i个激发态时不要恰好只算i个态,建议算到i+3个态,算到i+5个态更稳妥,比起只算i个态时第i个态的能量会更准确。那就算5个左右激发态
以上我的一些想法,请各位老师批评指正。

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发表于 Post on 2025-3-2 18:52:08 | 只看该作者 Only view this author
根据我的经验,在蓝80nm的情况下只有换泛函有机会差这么多
但是你用的泛函hf成分已经比较低了,换cam-b3lyp得不到你想要的结果的可能性比较大
建议考虑升级理论方法(双杂化泛函,eom-ccsd)或者考虑建模合理性(显式溶剂,实验测到的是不是二聚体)
某不知名实验组从苞米地里长出来的计算选手

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-2 19:10:13 | 只看该作者 Only view this author
wal 发表于 2025-3-2 18:52
根据我的经验,在蓝80nm的情况下只有换泛函有机会差这么多
但是你用的泛函hf成分已经比较低了,换cam-b3ly ...

谢谢老师,因为本人也是刚接触计算不久,主要还是实验为主,目前只有32bit的win版高斯,同门有借其他学校的服务器做计算的最多也只是M06-2X, 都没有接触过双杂化泛函,所以想问下,如果换用M06-2X计算能量的话得到想要的结果的可能性大吗

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发表于 Post on 2025-3-2 19:12:23 | 只看该作者 Only view this author
Anti 发表于 2025-3-2 19:10
谢谢老师,因为本人也是刚接触计算不久,主要还是实验为主,目前只有32bit的win版高斯,同门有借其他学校 ...

hf成分越低,发射波长通常越红。你现在是蓝80,换m06-2x大概率蓝更多
某不知名实验组从苞米地里长出来的计算选手

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-2 21:11:02 | 只看该作者 Only view this author
wal 发表于 2025-3-2 19:12
hf成分越低,发射波长通常越红。你现在是蓝80,换m06-2x大概率蓝更多

好的,谢谢老师,那我现在如果不考虑升级其他理论方法的情况下,用cam-b3lyp计算是不是已经是最优解了呢?因为双杂化泛函只能去借服务器算了

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发表于 Post on 2025-3-3 09:07:25 | 只看该作者 Only view this author
是什么类型的发色团呢?罗丹明类似物吗?

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发表于 Post on 2025-3-3 09:47:18 | 只看该作者 Only view this author
Anti 发表于 2025-3-2 21:11
好的,谢谢老师,那我现在如果不考虑升级其他理论方法的情况下,用cam-b3lyp计算是不是已经是最优解了呢 ...

要看激发性质 如果不是CT激发 cam-B3LYP会高估激发能
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-3 12:23:57 | 只看该作者 Only view this author
cokie 发表于 2025-3-3 09:07
是什么类型的发色团呢?罗丹明类似物吗?

是萘酰亚胺结构的探针

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-3 12:27:36 | 只看该作者 Only view this author
wal 发表于 2025-3-3 09:47
要看激发性质 如果不是CT激发 cam-B3LYP会高估激发能

是ICT类探针

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发表于 Post on 2025-3-3 13:20:58 | 只看该作者 Only view this author
Anti 发表于 2025-3-3 12:23
是萘酰亚胺结构的探针

萘酰亚胺需要1%DMSO助溶,说明不水溶,在PBS里的形貌可能不是单分散而是簇。
建议你计算的时候别对应水了,还是算有机溶剂里的吧,PBE0和CAM-B3LYP算的应该都大差不差。

另外如果你的材料是ICT,大概率里面会含氨基、氰基、季铵、醛基/羰基等等,水会和这些基团有氢键等相互作用,进一步影响发光波长(你可以搜搜看相关文献),所以你用与计算的分子还需要把水放在相应基团旁边算这个二聚/多聚体的吸收发射

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发表于 Post on 2025-3-3 13:38:58 | 只看该作者 Only view this author

楼上说的比较全了,补充一个,算激发能的时候可以试一下用cLR溶剂模型,对带CT效应的分子算准激发能有帮助
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-4 15:51:51 | 只看该作者 Only view this author
cokie 发表于 2025-3-3 13:20
萘酰亚胺需要1%DMSO助溶,说明不水溶,在PBS里的形貌可能不是单分散而是簇。
建议你计算的时候别对应水 ...

好的,谢谢老师,另外想顺便请教一下如果我算花菁类荧光团,或者其他带正电荷的荧光团,在结构优化的时候需要把负离子如碘离子,高氯酸根离子这些一起画进去吗?那样总电荷是不是就是中性了? 我现在的计算方式是直接去掉了负离子,然后设置电荷为+1再进行计算的。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-4 15:59:57 | 只看该作者 Only view this author
wal 发表于 2025-3-3 13:38
楼上说的比较全了,补充一个,算激发能的时候可以试一下用cLR溶剂模型,对带CT效应的分子算准激发能有帮 ...

好的谢谢老师,激发算的还挺准,和实验测试相比主峰大概红移了15nm左右,肩峰蓝移10nm左右,主要还是发射问题很大

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发表于 Post on 2025-3-4 16:12:34 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 wal 于 2025-3-4 16:13 编辑
Anti 发表于 2025-3-4 15:59
好的谢谢老师,激发算的还挺准,和实验测试相比主峰大概红移了15nm左右,肩峰蓝移10nm左右,主要还是发射 ...

激发和发射算的都是激发能,不同结构的激发能

负离子一般是可以去掉的,这个问题不大
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-3-4 20:41:32 | 只看该作者 Only view this author
wal 发表于 2025-3-4 16:12
激发和发射算的都是激发能,不同结构的激发能

负离子一般是可以去掉的,这个问题不大

好的谢谢老师,我今天进行了结构优化后的激发态的单点能计算,gif文件是:# td=(EqSolv,nstates=5) cam-b3lyp/6-31g(d,p) scrf=(smd,solvent=dmso)
然后计算的结果是:Excitation energies and oscillator strengths:

Excited State   1:      Singlet-A      2.8165 eV  440.20 nm  f=0.2781  <S**2>=0.000
      75 -> 76         0.69782
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -934.152313355   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      3.9174 eV  316.49 nm  f=0.2916  <S**2>=0.000
      73 -> 76         0.66813
      75 -> 78         0.16910

Excited State   3:      Singlet-A      4.2286 eV  293.21 nm  f=0.0003  <S**2>=0.000
      69 -> 77         0.18370
      71 -> 76         0.62898
      71 -> 79         0.17528
      72 -> 76         0.12375

Excited State   4:      Singlet-A      4.5193 eV  274.34 nm  f=0.0093  <S**2>=0.000
      69 -> 76         0.20680
      71 -> 77         0.10995
      72 -> 76        -0.26593
      74 -> 76         0.56276
      75 -> 77         0.10275
      75 -> 78         0.12938

Excited State   5:      Singlet-A      4.5971 eV  269.70 nm  f=0.0001  <S**2>=0.000
      69 -> 76         0.51389
      69 -> 79         0.13279
      71 -> 77         0.23339
      72 -> 76        -0.15121
      74 -> 76        -0.33730
SavETr:  write IOETrn=   770 NScale= 10 NData=  16 NLR=1 NState=    5 LETran=     100.
目前结果相比结构优化激发态给出的荧光发射更短了,然后我把dmso又换成了默认的water后从440nm红移到了457nm,但是结果还是差很多,也加上了eqsolv平衡溶剂参数,想请教下老师,为什么换用cam后反而偏移实际结果更多呢?

本版积分规则 Credits rule

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