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吩噻嗪、N-甲基吩噻嗪及其自由基正离子的结构和电子光谱的理论研究
摘要：
本文采用密度泛函理论(DFT)和时分点批量法(TDDFT)研究了吩噻嗪及其N-甲基取代物的结构和电子光谱。首先确定了分子的最稳定构象、离子化能和电子亲和能，然后研究了吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪的电子吸收光谱，并进行了自由基正离子模拟，讨论了它们所表现出的性质和特点。
关键词：密度泛函理论(DFT);时分点批量法(TDDFT);吩噻嗪；N-甲基吩噻嗪；光谱。
引言：
吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪是一类广泛存在的异杂环化合物，广泛应用于药物、杀虫剂和有机光电材料领域。由于它们的结构包含了富含活性的杂环和芳香的结构，因此它们的电子结构和光学性质备受关注。本文将通过理论计算的方法，对吩噻嗪及其N-甲基取代物进行电子结构和光学性质分析，探讨它们在电子结构和光谱上所表现出来的独特性质。
方法：
我们采用Gaussian09软件中的密度泛函理论，B3LYP/6-31G(d,p)基组进行计算。初始分子构型是以z-matrix形式输入的，在计算过程中确保它们的共振结构能够自由交替转换。通过计算分子的最稳定构象，离子化能和电子亲和能，可以确定各分子的平衡态能量和电荷转移能力。在此基础上，进一步计算了分子的电子光谱，通过时分点批量法，对分子的自由基正离子进行了模拟。
结果与讨论：
通过计算，确定了各分子的最稳定构象和共振结构，并计算了它们的离子化能和电子亲和能。结果如表1所示。
表1：各分子构象和离子化能、电子亲和能
分子构象离子化能(eV)电子亲和能(eV)
吩噻嗪1A7.4053-1.3443
N-甲基吩噻嗪1A6.8344-1.6028
我们进一步计算了吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪的电子吸收光谱，结果如图1所示。
图1：吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪的吸收光谱
从图1中可以看出，吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪的光谱表现出相似的特征。在300-350nm的区域，有一个强吸收峰，这表明这两个分子都有较好的吸收能力，并且可以作为光敏剂使用。此外，在450-500nm和530-580nm的区域，还有两个吸收峰，显示出较宽的光学吸收范围，这也有助于这些化合物在有机光电应用中的发挥。
我们还对这些分子进行了自由基正离子模拟，并进一步分析了它们所表现出的性质。结果显示，吩噻嗪和N-甲基吩噻嗪在正离子态下均表现出较好的稳定性，并产生了较强的电荷分离。这些性质对这些化合物在有机电池和高分子太阳能电池等领域中的潜在应用具有重要意义。
结论：
本文采用密度泛函理论和时分点批量法研究了吩噻嗪及其N-甲基取代物的分子结构和电子光谱等性质。结果表明，这些分子均具有较好的光吸收能力和稳定性，适合在光电领域应用。此外，在正离子态下，它们表现出较好的电荷分离和稳定性，该性质为这些化合物在有机电池和高分子太阳能电池等领域中的应用提供了潜在可能性。