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围绕能源应用的复合材料体系中的电子态的形成、耦合与转化问题，我们基于第一性原理计算结合量子力学/分子力学基本模拟手段，应用多尺度模拟和密度矩阵框架，与实验紧密结合发展了功能分子材料的非线性光谱模拟方法：1)基于密度矩阵建立联动速率方程，发展出激发态电子在电子与振动能级层次上的级联运动模型，利用超快光谱和多维光谱等调控电子态并准确探测分子间相互作用； 2)探索功能分子材料表界面形貌调控与电子态运动之间的联系，从分子设计和材料筛选的角度出发，引导乃至调控电子的运动方向与几率实现高效的光催化和发光材料应用。电子运动模拟所获得的信息，有助于设计高效的电子分离、转移、和转化过程，利用复合材料结构实现高效能源转化应用。