多氧化还原分子体系中超快竞争电子转移的统一半经典框架
在具有多重氧化还原中心的分子体系中,超快多级电子转移(ET)是光化学能量转换的基础过程,涉及自然光合作用、分子光电子学和有机光伏等领域。这些体系通常在非平衡条件下运行,其中溶剂弛豫、分子内振动和竞争性电子转移路径共同决定了反应动力学和产物产率。本章提出了一种统一的半经典理论框架,用于模拟嵌在具有复杂弛豫动力学极性环境中的多氧化还原化合物中的超快竞争性ET过程。该方法在多维坐标空间中构建了非绝热能自由能面(FES),将环境的极化和弛豫组分统一表征。电子动力学采用随机点跃迁方法描述,可捕捉非绝热量子跃迁与经典核运动的耦合效应。该理论框架推广并统一了多种经典半经典模型——包括Najbar-Tachiya、Zusman-Beratan和Sumi-Marcus理论——并能高效模拟多级ET级联过程。作为应用案例,该研究团队研究了给体-受体-受体(D-A1-A2)三元体系中的超快电荷分离过程,揭示了向次级受体的热电荷转移如何抑制非平衡电荷复合。数值模拟展示了重组能、振动耦合、分子几何构型和弯曲角度如何共同影响ET效率。所提出的框架为光功能分子体系的理性设计提供了通用且可扩展的研究工具。
