Study of photo induce process by quantum chemistry and quantum dynamics methods

par Aurelie Perveaux

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de David Lauvergnat.

  • Titre traduit

    Etude de processus photochimique par une approche couplant chimie quantique et dynamique quantique


  • Résumé

    C’est dernières années, les progrès des techniques expérimentales combinées avec les simulations théoriques ont données un accès à l’étude et le contrôle des réactions photochimiques dans des systèmes moléculaires de grande taille. Ceci ouvre des portes à de nouvelles applications technologiques. Par exemple, les molécules de la famille du 3-hydroxychromone et de l’aminobenzonitrile sont des types de systèmes où les spectres de fluorescences vont présentés des différences importantes suivant l’environnement du système ou même suivant les substituants utilisés. Ce type de propriété est crucial dans le domaine des matériaux organique, afin de pouvoir comprendre et designer des matériaux qui présentent des propriétés optiques choisis tells que les marqueurs fluorescents dans le domaine médical par exemple.Notre stratégie pour étudier la réactivité photochimique est la suivante: *Explorer la surface d’énergie potentielle et optimiser les points spécifiques avec des calculs de chimie quantiques. Dans un premier temps, on a utilisé des méthodes CASSCF/CASPT2 et la méthode PCM pour décrire les effets de solvant. * Génération des surfaces d énergies potentielles exprimer sous la forme de fonctions analytiques des coordonnées nucléaires. * Résolution de l’équation de Schrödinger dépendant du temps pour les noyaux et pour tout les derges de libertés de la molécule. Cette étape est faite à l’aide de la méthode multilayer multiconfiguration time-dependent hartree (ML-MCTDH).


  • Résumé

    Over the last decades, progress in experimental techniques combined with theoretical simulations has given access to studying and controlling the photochemical reactivity of large molecular systems with numerous technological applications. 3-hydroxychromone and aminobenzonitrile-like molecules are an example where different fluorescence patterns are observed, depending of the solvent or its substituents. Such properties are crucial in the field of organic materials to understand and design materials with specific optical properties such as fluorescent markers.Our strategy to study the photochemistry reactivity is summarised as follows: * Exploring the potential energy surfaces and optimising specific points with quantum chemistry calculations. In a first stage, these are run at the CASSCF/CASPT2 level of theory with a polarised extended basis set, and the solvent effect is described implicitly with the PCM model. * Generating the full dimension potential energy surfaces as analytical functions of the nuclear coordinates.* Solving the nuclear time-dependent Schrödinger equation for all the degrees of freedom. This is achieved with the multilayer Multi-Configuration Time-Dependent Hartree method (ML-MCTDH).


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