超分子体系激发态氢键和配位键结构及动力学研究

复杂体系激发态结构及动力学的理论与实验研究是当前分子反应动力学研究中的热点。特别是由于超分子体系太大，其激发态非常复杂，再加上氢键和配位键作为重要的非共价键的特殊性，对于超分子体系激发态氢键和配位键结构及动力学的理论研究更是当前激发态结构及动力学研究中的难点。本项目将采用激发态量子化学计算和动力学模拟的理论方法，深入研究各种荧光蛋白、荧光化学传感器、以及金属配合物等几类重要超分子体系的激发态氢键和配位键结构及动力学，从分子反应动力学的角度深刻理解激发态氢键和配位键在复杂超分子体系的光物理和光化学过程中所起的极为重要的作用和影响。同时，发展用于计算氢键超分子体系辐射和非辐射跃迁速率的理论方法以及更好描述金属配合物中金属元素的赝势基组，并将其应用到超分子体系的激发态研究中。另外，本项目还将在理论计算的指导下有目的性地开展一定的光谱实验研究，理论计算和光谱实验紧密配合，相互验证。

分子反应动力学是研究化学反应本质的一门学科。凝聚相复杂分子体系激发态化学动力学的理论与实验研究是当前分子反应动力学研究中的热点，特别是含有氢键或配位作用的复杂超分子体系的激发态结构及动力学研究是其中的难点课题。在本项目的支持下，项目组成员采用超快光谱实验技术结合激发态理论计算深入系统地研究了凝聚相氢键或配位超分子体系的激发态氢键和配位键结构及动力学，并考察了激发态氢键作用对于发生在相应电子激发态的非绝热动力学过程的重要影响，提出了一系列凝聚相激发态氢键相关的非绝热动力学新机理，并用这些机理解释了相关的光物理、光化学及光生物学现象。本项目完成了预期研究目标，在凝聚相超分子体系电子转移、能量传递及化学传感等动力学过程的激发态氢键和配位键调控方面取得了多项成果。基于这些成果的影响，项目负责人受邀撰写了关于激发态氢键研究的综述文章发表在Accounts of Chemical Research上；同时受邀主编了一期关于电子激发态氢键的Physical Chemistry Chemical Physics主题专刊; WILEY出版社邀请主编了一部激发态氢键研究的英文学术专著；还撰写了一章英文专著章节；JACS主编Peter Stang教授与我们合作发表了多篇超分子体系激发态结构和动力学方面的研究论文。本项目共发表学术论文二十篇，参加国内国际会议邀请报告两次。本项目取得的成果加深了人们对于凝聚相超分子体系激发态氢键和配位键结构及动力学规律的认识，揭示了激发态氢键和配位键作用对于凝聚相复杂超分子体系非绝热动力学过程的深刻影响，增进人们对凝聚相超分子体系光物理学和光化学现象的理解。同时，本项目提出的多个激发态氢键调控的非绝热动力学机理被他人广泛应用于相关现象的解释或设计新型的超分子光化学体系。