共轭聚合物杂原子修饰、构象控制及光电性质的理论与实验研究

【摘要】：有机共轭高分子在光电功能材料中已经显示出很多特殊的应用,包括在有机电致发光(OLED)、有机太阳能电池(OSC)、有机场效应管(OFET)等领域都体现出其良好的可加工性、光谱可调节性及其他有机小分子不具备的特殊性质。为了深入理解芴基有机材料的光物理性质,我们分别研究了芴基共轭小分子、寡聚物以及嵌段共聚物等一系列共轭分子的电子结构、光电特性以及结构与性能之间的关系,本论文采用量子化学计算方法从理论和实验两方面上进行了系统的研究和分析,从而对解释实验现象提供了理论依据。本论文围绕有机光电材料的设计和相关光物理过程的研究展开工作,通过理论计算模拟的方法,采用密度泛函理(DFT)、分子动力学(MD)等理论和计算方法,建立不同理论模型和计算步骤,对聚合物分子体系进行分子结构和分子构象的研究,探索聚合物材料结构与性能之间的关系以及电子性质和光物理过程。进一步探索聚合物中杂原子对分子共轭程度的影响,与分子轨道的相互作用;分子结构序列、取代基、封端基、溶剂作用等分子构象的控制对材料光电性能的影响,为有效设计共轭聚合物材料、实现高效率光电功能应用提供有力的理论指导。对有机共轭分子进行了基本光学物理性质的理论预测:(1)设计了一系列新型含杂原子有机聚合物/寡聚物材料,发现杂原子引入高度共轭的分子骨架和构象控制可以有效的调节光电性质。(2)研究取代基/封端基、溶剂效应、分子结构序列等因素对材料的电子性质和光物理过程的影响,实现光电性能的理性控制。结果表明,有机共轭聚合物可以通过分子设计实现基本光物理性质的预测,与实验值较好的吻合。(3)首次发现手性聚合物材料的光学性质差异现象,结合DFT和MD理论计算方法提出了可能的机理。(4)首次研究了纯有机长余辉发光现象,对发光机理进行理论研究,为有机光电材料的激发态调控提供了新的途径。