关于Eg的测量与计算方法
发布时间：2025-12-02
参考文献：Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207204
（一）Eg指的是光学带隙，它不同于通过电化学测量得到的带隙。它表示的是材料吸收一个光子，从而激发一个电子
从价带顶到导带底（或从HOMO→LUMO）所需的最小能量。
测量与计算方法如下：
（1）将待测样品溶解于一种透明的非极性溶剂中，制成一定浓度的溶液，使用紫外-可见分光光度计，测量该溶液在
特定波长范围的吸收光谱；
（2）确定吸收起始点：在吸收光谱图上，找到吸收带边，即吸收强度开始从基线显著上升的那个点，这个点对应的波
长称为吸收起始波长。具体操作上，通常在吸收谱的吸收边做一条切线，将其与基线（即X轴）的交点定为吸收起始
点。
（3）利用公式: Eg (eV) = 1240/λonset (nm)
文章里提到的计算系列螺二芴衍生物的Eg为3.95 eV，表明这些小分子材料需要吸收较高能量的光子，这作为PhOLED
的主体材料是一个理想的特征。
（二）第一激发单重态能级ES1和光学带隙Eg的比较
| 特征 | 第一激发单重态能级(ES1) | 光学带隙(Eg) |
|---|---|---|
| 核心概念 | 光物理/光化学概念：指的是一个分子从其电子基态(S0)被激发到第一个电子激发单重态(S1)所需要的能量(S0→S1) | 材料科学/固体物理的概念：指的是材料吸收光子，产生带电子-空穴对（激子）所需的最小能量 |
| 描述对象 | 常用于描述单个分子的电子能级结构 | 常用于描述材料整体的宏观性质，尤其是在固体薄膜状态下 |
| 物理图像 | 关注的是“HOMO”到“LUMO”的能量差 | 关注的是“价带顶”到“导带底”的能量差 |
| 主要应用场景 | 理解分子的光物理行为，如荧光，能量转移，以及在发光器件中作为客体发光材料的潜力等。 | 评估材料作为半导体或者光吸收层（如太阳能电池）的潜力 |
| 计算方法的重叠区 | 尽管概念不同，但在有机功能分子的研究中，Eg和ES1通常通过完全相同的实验数据和相同的公式来计算，也就是ES1≈Eg | 尽管概念不同，但在有机功能分子的研究中，Eg和ES1通常通过完全相同的实验数据和相同的公式来计算，也就是ES1≈Eg |
存在的细微差别：
（1）在计算Eg时，为了更准确地反映“产生激子所需的最小能量”，研究者会非常严格地采用切线法确定吸收起始点，力求排除分子振动能级的影响；在计算ES1时，有时候对精度要求不严格时，也可能直接用最低能量吸收峰的峰值来估算，因为这在光物理研究中是一个更加直观，与荧光光谱对应的参考值，但更精确的计算的做法同样使用吸收起始点。
（2）测量状态的差异：Eg的最终报告值，常需测量材料在固体薄膜状态的吸收光谱来计算；ES1则几乎都是在稀释溶液中测量。