秦晨1，张伟仁2，祝恒江1,[]
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆 乌鲁木齐 830054;
2 武警工程大学乌鲁木齐校区，新疆 乌鲁木齐 830049
摘要：利用密度泛函理论计算得到苯酚分子基态（S0态）和第一电子激发态（S1态）的振动频率，并对振动频率进行了振动模式标识。苯酚分子在S1←S0跃迁过程中振动模式对应振动频率值的变化说明分子结构在S0态的刚性强于在S1态的刚性，跃迁过程中分子构型发生较大变化。
关键词：苯酚分子；振动频率；振动模式
1 引言
苯酚（Phenol）分子是一种重要的有机化工原料，在医药、农药、香料和炼油等工业中有着重要用途[1]。Phenol分子广泛存在于各种环境介质中，对水体和大气环境有一定危害，对该分子激发态性质进行研究，有助于深入研究该分子对环境带来的影响，并利用它的光化学和光物理性质消除其对环境的危害。
刘玉敬[2]采用B3LYP杂化泛函对Phenol分子的拉曼光谱进行了研究。其他课题组[3]的研究主要集中在Phenol分子及衍生物的合成、热/光解动力学、激发态和离子态光谱等方面的研究，还没有文章给出Phenol分子在S0和S1态的所有简谐振动频率，以及结合Wilson标识法进行的振动模式标识。
本文通过计算得到了Phenol分子在S0和S1态的简谐振动频率，并结合Wilson标识法对振动频率进行了振动模式标识。通过分析分子同一振动模式在S1←S0跃迁过程中的振动频率的变化情况，深入了解Phenol分子中OH取代基在激发过程中对分子激发态构型变化和简谐振动情况等的影响，这对于理解Phenol分子在紫外光（UV）作用下的光化学和光物理过程非常有用。
2 理论计算
利用Gaussian 03软件的ab initio和DFT方法预测了Phenol分子在S0的S1态的简谐振动频率。Phenol分子在S0和S1态的振动频率分别用RB3LYP和TD-B3LYP方法在6-31G基组水平上进行模拟计算。
3 Phenol分子在S1←S0跃迁过程中振动模式的变化
表1给出了分别利用RB3LYP和TD-B3LYP方法在6-31G基组水平上得到的Phenol分子在S0和S1态的振动频率，并结合Wilson标识法进行了振动模式标识。
表1中Phenol分子的9种面外弯曲振动、10种面内弯曲振动和11种面内伸缩振动分别用γ、β和ν来表示。其中，模式16a1、16b1和41是苯环上C-C-C键的面外弯曲振动，模式51、10a1、111、17a1、10b1和17b1是苯环上C-H键的面外弯曲振动。6a1、6b1、121和11是苯环上C-C-C的面内弯曲振动，31、18b1、18a1、9b1、151和9a1是苯环上C-H键的面内弯曲振动。8b1、19b1、8a1、141和19a1是苯环上C-C键的面内伸缩振动，7a1、131、7b1、20a1、20b1和21是苯环上C-H键的面内伸缩振动。
表1中Phenol分子还有OH取代基的三个简谐振动。S0态为205和1168 cm–1，及S1态为235和1150 cm–1的振动频率，被标识为O-H的弯曲振动。S0态为3515 cm–1，及S1态为3246 cm–1的振动频率，被标识为O-H的伸缩振动。
表1 分别利用RB3LYP和TD-B3LYP的方法在6-31G基组水平上得到的Phenol分子在S0和S1态的振动频率值(cm-1)和振动模式标识。
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4 结论
Phenol分子的27种振动模式在S1态的频率值低于其在S0态时的频率值，说明Phenol分子的结构在S0态的刚性强于在S1态的刚性。还有6种振动模式在S1态的频率值高于其在S0态时的频率值，这说明Phenol分子在S1←S0跃迁过程中分子构型发生了较大变化。
参考文献：
[1]汪小兰. 有机化学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007: 20-24．
[2]刘玉敬. 苯酚分子拉曼光谱的密度泛函理论研究[J]. 分子科学学报，2017, 33(6): 498-502.
[3]杨丽娟, 田玫, 崔瑞海, 张恒彬，臧宏瑛. 苯酚在Ti/PbO2电极上的电氧化反应[J]. 分子科学学报, 2008, 24(5): 329-332.
【收稿日期】
【基金项目】新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目资助（2016D01A058）。
【作者简介】秦晨（1980-），女，新疆乌鲁木齐市人，副教授，主要从事原子与分子物理研究。
【通讯作者】祝恒江（1956-），男，新疆乌鲁木齐人，教授，主要从事理论物理研究。