双层钙钛矿结构氧化物具有优异的离子电子电导率，作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料被广泛研究。以PrBaCo2O5+δ作为母体材料，采用Ca离子在Pr位和Ba位进行掺杂，采用溶胶凝胶法制备出了Pr0.9Ca0.1Ba1-xCaxCo2O5+δ(0≤x≤0.3，PCBC)阴极材料。电导率测试结果表明：Ca离子共掺杂能够有效改善材料的电导率。电化学性能测试结果表明：x=0.2的阴极具有最佳的氧催化活性，700 ℃时极化阻抗仅为0.069 ?偸cm2。在理论研究中，通过GGA-PBE泛函分别计算了PrBaCo2O5+δ、Pr0.75Ca0.25BaCo2O5+δ与Pr0.75Ca0.25Ba0.75Ca0.25Co2O5+δ的氧空位形成能、态密度及O s和O p的能带中心。研究发现，Pr位掺Ca能减小氧空位形成能，Ba位掺杂Ca反而会增大氧空位形成能。O p带中心的计算结果表明：Ba位掺Ca的策略有效增加了材料的氧还原活性。双钙钛矿A位钙离子的共掺杂策略能够有效改善样品的热膨胀、高温电导率和电化学性能，提高材料的长期稳定性。

利用密度泛函理论(density function theory, DFT)的B3LYP/6-31G(d, p)基组计算环丙沙星(ciprofloxacin, CIP)的拉曼峰, 与实验拉曼峰相比, 吻合度较高。 并对其拉曼峰进行了全面的归属。 环丙沙星溶液的表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)与常规拉曼实验结果显示, 以金纳米粒子为基底, 对环丙沙星的拉曼峰有较好的增强效果。 探究了结合时间对氨茶碱与环丙沙星混合物的影响, 结果表明随着时间的延迟, 两者之间的作用力加强, 环丙沙星的部分拉曼峰消失。 氨茶碱的加入, 影响了环丙沙星的分子结构, 使得环丙沙星拉曼信号减弱, 多处拉曼峰发生改变, 主要是1 184 cm-1处的吡嗪环、 1 252 cm-1的C—F、 1 627 cm-1处的CC以及1 458 cm-1处O—C—O的振动频率发生了变化； 氨茶碱含量的增加, 对环丙沙星结构的影响更为严重, 其中800～1 200 cm-1处的拉曼峰消失, 当氨茶碱的量超过22.5 mg·L-1时, 除1 384 cm-1处有微弱信号出现外, 几乎无其他峰出现。 表面增强拉曼光谱作为一种常用的分析工具, 具有分析时间短, 灵敏度高等优点。 实验利用SERS技术, 考察氨茶碱与环丙沙星之间的相互作用, 为其药理研究提供了参考。

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.025 a.u.)下氮化镓分子的基态稳定构型, 在此基础上利用同样的方法计算了氮化镓分子的分子结构、 偶极矩、 总能量、 能隙以及红外光谱, 拉曼光谱, 紫外-可见吸收光谱强度。 结果表明, 分子的结构的变化与电场大小呈现强烈的依赖关系。 随着正向外加电场的增加, GaN分子键长不断减小, 电偶极距不断减小, 分子总能量不断增大, 分子能隙不断减小, 红外光谱吸收峰出现蓝移现象, 拉曼光谱出现蓝移现象。 随着外电场的加强, 分子紫外-可见吸收光谱振子强度出现先减小后增大再减小的反复变化, 其波峰则出现红移现象。

利用B3LYP/6-31G(d)方法优化了一系列N取代1, 8-萘酰亚胺类物质的结构, 利用含时密度泛函TD-B3LYP/6-31+G(d)方法及C-PCM模式, 计算了它们在气相及二氯甲烷溶剂中的吸收和发射光谱。 利用计算得出的前线轨道电子云分布及其对应的能级对它们的取代基对电子吸收光谱的影响进行了讨论。 结果表明: 此种方法计算出的二氯甲烷溶剂中的1, 8-萘酰亚胺的吸收光谱与实验光谱比较吻和。 取代CO基团的CN基团及其成环在吸收光谱和发射光谱中发挥了重要的作用。 酰亚胺结构上的改性即CN基团的引入及在萘环上取代基一方面引入了结构上的不对称性, 导致了衍生物的偶极矩的增大; 同时结构上的改性扩展了萘酰亚胺共轭结构。 4位取代NO2衍生物从基态到第一激发态的Mulliken原子电荷比5位多一些, 这意味着5位取代NO2衍生物提供了较多的电子。 对N(Ph)2 和N(Me)2衍生物而言, 他们4位取代衍生物提供了更多的电荷。 前线轨道电子云表明: OCNCN基团改性扩展和N(Me)2, N(Ph)2和NO2取代基拓展了这类分子的π—π*跃迁范围, 从而使得前线轨道能级差降低, 它们的吸收和发射光谱也发生了一定程度的红移。 对给体取代基而言, 它们的4位是电子传输态; 对受体取代基NO2而言, 它们的5位是电荷传输态。 当NO2基团与CO基团在同一侧及当N(Me)2和N(Ph)2与在CN在同一侧时, 此类化合物具有较好的传导特性。 从化合物1到4, 吸收光谱红移了139 nm。 电荷传输越明显, 吸收光谱红移的就越多。 OCNCO的结构改性及其电荷传输机理为今后的萘酰亚胺类物质的分子设计提供了设计理论依据。

运用Gaussian 09W量子化学程序包, 对胭脂红分子进行基态和激发态几何结构构型优化, 计算得到激发态电子结构、 分子前线轨道和发射光谱等信息; 应用英国Edinburgh FLS920P 光谱仪, 实验测定胭脂红溶液的荧光光谱。 比较荧光发射光谱的计算值与实验值, 吻合较好, 说明优化所得构型基本合理。 进一步对比胭脂红分子基态和激发态结构, 分析荧光光谱产生的机理, 发现胭脂红分子激发态几乎呈平面结构, 为强荧光物质, 其荧光由139→137轨道的跃迁产生。

光谱学方法是检测痕量高毒性有机磷农药的重要手段。 利用G09程序包对敌百虫和敌敌畏的基态结构、 红外光谱、 核磁共振谱、 紫外-可见光谱以及激发态结构和荧光/磷光光谱进行研究, 从分子轨道角度揭示了其发光实质, 为敌百虫和敌敌畏的检测提供理论依据。 研究结果表明: (1）敌敌畏和敌百虫IR光谱在1 107 cm-1附近有一个较强吸收峰, 为P—O键的伸缩振动模式, 而敌百虫存在与O—H键有关强吸收峰； (2）敌敌畏的UV-Vis吸收光谱, 在182.03 nm处有强吸收, 而敌百虫在192.42 nm处有弱吸收, 分别属于ππ*和σπ*跃迁； (3）敌敌畏的发射光谱很弱, 且出现双荧光/磷光现象, 这可能与敌敌畏基态存在共振结构有关； (4）敌百虫的荧光光谱在1 849.22 nm处有一很特别的宽峰, 对应S1态LUMO到HOMO的跃迁。

为了探索X型碳纳米管的介电性质和可见光吸收性质,建立了手性矢量分别为(5,5)和(8,0)的碳纳米管交合的X型碳纳米管模型。采用基于密度泛函的平面波赝势法对其进行几何结构优化和光学性质探索,运用广义梯度近似理论超软赝势对交换相关能进行近似。计算结果表明被交合而成的碳纳米管的介电常数曲线和可见光吸收曲线的峰值大小和峰值位置均发生了变化,这是因为碳纳米管结构的变化导致碳原子间的能级发生改变,从而改变了光子跃迁能量和吸收光子的波长。

针对爆炸物及其相关成分的感测科学和技术对于国土安全和国家防御有着至关重要的地位，对单质炸药环三亚甲基三硝胺（RDX）进行了太赫兹（THz）谱的实验测量和理论分析。利用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）给出了这些炸药样品在0.2THz～2.5THz范围内的折射率和吸收系数。利用密度泛函理论进行的理论模拟与实验结果符合较好。结果发现，单质炸药RDX具有特征吸收峰，利用THz-TDS技术可以对单质炸药进行检测和识别。

计算了ZnO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了ZnO材料电子结构与光学性质的关系。所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO材料的介电函数、反射谱、反射率以及消光率,理论结果与实验符合甚佳,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。同时,计算结果也为精确监测和控制ZnO材料的生长过程提供了可能性。

采用密度泛函DFT中的B3P86方法,选用6-311g**基组,对平面环状碳团簇C_n(n=6,10,13,24)的振转能级特性进行了研究.结果表明,碳团簇环状结构的转动能谱恰好处于微波区域,且随碳环面积增大而向低频方向移动.同时对环状碳团簇Cn的能级分布,最高占据轨道HOMO,最低空轨道LUMO及能隙HLGs进行了研究.最后指出,利用环状碳团簇转动能谱位于微波区域的特性,设计出具有低频吸收功能的新型吸波和电磁屏蔽材料.