题目：核心天线复合体CP43的吸收光谱模拟

CP43是光系统II内周天线的重要色素蛋白复合体之一，主要起着吸收及传递激子能的作用。CP43超分子结构与其特有能量转移功能之间的关系一直是该研究领域的热点和难点。 尤其是近年来随着X-ray单晶衍射技术方面的发展，人们已经能够在原子水平上原位给出CP43的结构信息，这为从原子水平上运用量子化学的手段来研究CP43的电子吸收光谱、激子能量转移等特性提供了结构基础。本论文基于晶体结构2AXT.pdb运用不同水平的量子化学手段计算了CP43中各色素分子的Qy态激子能量和各个激子间的共振耦合量，并结合激子理论讨论了CP43吸收特征峰并理论归属了A-B带空间位置。具体研究内容如下：
(1) 叶绿素a色素分子激发态计算：用密度泛函计算方法DFT在B3LYP/6-31G*水平上对色素分子Chl 33的结构优化；在该构型基础上分别用Gaussian03程序的含时密度泛函理论方法TDDFT（B3LYP/6-31G）、Q-chem程序的TDDFT（BLYP/6-31G）和半经验计算方法ZINDO/CIS水平上计算Chl 33分子各激发态的能量，并对三种方法的计算结果进行了比较和讨论。结果表明：对于结构来说DFT的方法得到的全优化几何构型与晶体数据基本一致；Chl 33分子激发态能量的计算运用含时的密度泛函的方法，发现对色素分子的最低激发态能量而言TDDFT可以很好的描述该电子态的特征，对于较高的激发态特征正确与否则完全依赖于所选取泛函对Qx态的描述，B3LYP要优于BLYP。半经验的ZINDO/CIS方法计算的激发态能量可以得到比较接近实验光谱数值且较好描述了其激发态波函数特征，但计算过程中激发态能量会显著受所选取组态活化空间大小的影响，本论文还考察了组态空间对Chl 33激发态的影响，最终选取了一组合适的活化空间。
（2）CP43叶绿素分子间激子耦合计算：该论文中分别考察了双偶极近似、点偶极近似和跃迁密度Cube等不同方法计算分子间激子耦合。色素分子的Qy态与基态的跃迁偶极距分别由Gaussian03、Q-chem和ZINDO等在TDDFT和CIS水平上来得到，而跃迁密度Cube则是使用Q-chem程序计算得到。计算结果表明：对于所有基于偶极近似的方法而言CP43分子间激子耦合的结果是很相似的，高阶项的近似对耦合的校正不大。对照偶极近似和Cube格点计算表明分子间距相对分子尺寸小时，偶极近似则不能很好计算分子间耦合值，但当分子间距大于或相当于分子尺寸时偶极近似则可以很好地用来近似计算分子间耦合值。
（3）CP43聚集光谱模拟和指认：基于前两章节在不同水平上和不同环境中计算的分子Qy激子态能量和激子耦合值，运用激子理论计算得到了不同水平上的CP43的Qy band 聚集态激子光谱。结果表明：TDDFT（B3LYP/6-31G）在考虑了环境以点电荷的形式来影响激子态能量来计算得到Qy态量和跃迁偶极矩，并用点偶极近似计算分子间耦合能，模拟得到的CP43吸收光谱与其实验光谱形状和峰宽度基本一致， 683nm处的A-B低态特征峰主要是由于单体Chl 41构成的，并非是由激子强耦合导致的。