有机光伏体系中激子耦合与激子动力学的理论研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21673109
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The magnitude of the excitonic couplings is closely related with the dynamic processes of the generation, diffusion and dissociation of the excitons in organic photovoltaics (OPV), and its accurate computation relies on the characterization of the electronic excited states in the aggregates of molecules (polymers). Limited by the computational complexities caused by the condensed phase structures and the complicated photo-physics mechanism in OPV, their characterizations by conventional quantum chemical methods are currently infeasible, greatly hindering the understanding for (strong) excitonic couplings and exciton dynamics. To solve this problem, we plan to build a quantitative modeling scheme for the electronic excited state processes in OPV: we will develop efficient methods for characterizing the electronic structures of excited states (low-scaling algorithm for electronic excited states, constructing diabatic basis, calculating strong excitonic coupling), and further combine molecular dynamics simulation to construct a quantitative exciton-phonon model, which will be used for quantum dynamics simulation of ultrafast processes of excited states. In this project, this scheme will be used for the simulation of two key ultrafast processes in OPV: exciton diffusion and exciton dissociation. The quantum coherent mechanism and its factors are expected to be disclosed by such simulations, providing theoretical aspects for the molecular design and device optimization in OPV. The theoretical scheme built in this project will be also suitable for the future study of biological photosynthetic systems and other optoelectronic materials.
激子间耦合强度的大小与有机光伏体系中的激子产生、迁移、解离等动力学过程及其新颖量子相干机制紧密相关,对其可靠计算依赖于对(高)分子聚集体电子激发态的精确表征。受限于有机光伏体系的凝聚相结构和复杂光物理机制带来的计算复杂度,其常规量子化学表征目前还很难实现,严重制约了人们对(强)激子耦合及激子动力学的认识。针对这一问题,本项目拟发展有机光伏体系电子激发态过程的定量模拟方案:发展高效的激发态电子结构表征方法(低标度激发态算法,复杂透热基矢的构建,强激子耦合的计算),结合分子动力学模拟构筑激子-声子定量模型,并基于此进行激发态超快过程的量子动力学模拟。在本项目中,该方案将被用于对有机光伏体系中激子迁移和激子解离两种关键超快过程的动态模拟,以揭示其量子相干机制及影响因素,为有机太阳能电池的分子设计与器件优化提供理论基础。该课题建立的理论方案也适用于将来对生物光合作用系统和其他光电材料的研究。

结项摘要

由于计算自由度众多,光电材料和生命体系中的激发态过程的理论模拟往往依赖于激子模型。但是,凝聚相激子模型的精确构建和求解仍是理论难题。针对上述挑战,本项目主要开展了两方面工作。首先,发展理论新方法,高精度描述激发态电子结构及其与振动(声子)之间的耦合,实现大体系模型的高效量子动力学实时演化和二维光谱模拟。其次,应用新方法研究实际光电材料中的聚集体发光、单线态裂分、光催化等各种光物理化学过程,揭示其微观机制;并结合机器学习和高通量计算将机理研究成果应用于对有机光伏分子的设计与筛选。本项目成果为后续各类光化学体系的研究提供了理论工具和参考。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Charge transfer via deep hole in the J51/N2200 blend
J51/N2200 混合物中通过深孔进行电荷转移
  • DOI:
    10.1063/5.0013466
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Chemical Physics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xiaoyu Xie;Chunfeng Zhang;Haibo Ma
  • 通讯作者:
    Haibo Ma
High-Performance Inverted Planar Perovskite Solar Cells Enhanced by Thickness Tuning of New Dopant-Free Hole Transporting Layer
通过新型无掺杂空穴传输层厚度调节增强高性能倒置平面钙钛矿太阳能电池
  • DOI:
    10.1002/smll.201904715
  • 发表时间:
    2019-10-23
  • 期刊:
    SMALL
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Lai, Xue;Du, Mengzhen;Huang, Wei
  • 通讯作者:
    Huang, Wei
The macroscopic viscosity approximation: A first-principle relationship between molecular diffusion and viscosity
宏观粘度近似:分子扩散与粘度之间的第一原理关系
  • DOI:
    10.1063/1.5131234
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Théophile Gaudin;Haibo Ma
  • 通讯作者:
    Haibo Ma
Efficient Reconstruction of CAS-CI-Type Wave Functions for a DMRG State Using Quantum Information Theory and a Genetic Algorithm
使用量子信息理论和遗传算法有效重建 DMRG 态的 CAS-CI 型波函数
  • DOI:
    10.1021/acs.jctc.7b00439
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Luo Zhen;Ma Yingjin;Liu Chungen;Ma Haibo
  • 通讯作者:
    Ma Haibo
A fragmentation-based approach for evaluating the intra-chain excitonic couplings in conjugated polymers
基于碎裂的方法评估共轭聚合物中的链内激子耦合
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2017.04.099
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wen Jing;Ma Haibo
  • 通讯作者:
    Ma Haibo

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其他文献

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    房昊天
基于SWAT模型的淮河上游流域设计洪水修订
  • DOI:
    10.18307/2021.0224
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    --
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  • 通讯作者:
    王高旭
脐血多能干细胞对阿尔茨海默病患者外周血淋巴细胞的免疫调节作用
  • DOI:
    10.16352/j.issn.1001-6325.2015.05.015
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    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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领导包容力对个体的上级整体评价的影响-工作清晰度作为中介变量的研究
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马海波;郑兴山;唐宁玉
  • 通讯作者:
    唐宁玉

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用于实际化学体系的密度矩阵重正化群量子化学方法和程序
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  • 项目类别:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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