paracyclophanes 光电性质的准确理论框架
化学物理
2026-02-17 v1
摘要
芳香 -堆积相互作用在自然系统和人工系统中发挥重要作用，影响着光合作用中的电荷分离以及有机半导体中的电荷传输。因此，控制芳香单元之间的几何和距离对于调节分子间相互作用和电荷转移效率至关重要。由于其定义良好的堆积几何，由两个或多个芳香单元通过刚性链桥连接而成的 paracyclophanes（PCPs）为系统性地研究此类效应提供了理想平台。尽管对 PCPs 进行了大量实验研究，但尚缺乏将其结构与电子和光学性质联系起来的综合且定量验证的理论描述。本文我们对含有 naphthalene diimide（NDI）或珠瑚的 homo-PCPs 进行了广泛的计算和实验研究，这些 PCPs 通过长度和刚性不同的桥接器。我们引入了一种可靠的方法，用于准确模拟 PCPs 的吸收和荧光光谱，基于 TD-DFT 和 CC2 方法，实现了与实验的优异定量一致性。我们还提出并验证了基于片段的描述方法，利用 Frenkel 激子模型。该方法不仅对解释 PCPs 的电子和光学性质具有重要意义，还可以在保持超分子方法准确性的同时显著降低计算成本。本工作建立了一个与结构、激子耦合和电荷转移相互作用相关的 PCPs 光学性质之间提供了可靠的定量框架，为下一代光电子材料的设计提供了原则。
引用
@article{arxiv.2602.14114,
title = {An accurate theoretical framework for the optical and electronic properties of paracyclophanes},
author = {Vladislav Slama and Camila Negrete-Vergara and Elnaz Zyaee and Silvio Decurtins and Pascal Manuel Hanzi and Thomas Feurer and Shi-Xia Liu and Ursula Rothlisberger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.14114},
year = {2026}
}