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有机共轭大分子激发态性质的基础研究

孙羽  
【摘要】: 新型能源材料的研发一直是人们关注的焦点之一。化合物的激发态性质的计算较基态性质的计算更多地要受到计算机条件和所选择方法的限制,因此寻找合适的方法对有机化合物的激发态进行计算就是一件很具有研究价值的工作。本文主要利用密度泛函和含时密度泛函理论对含噻吩和三氟苯环的噻唑并噻唑单元构成p-、n-型有机半导体材料以及1,1-二取代基2,3,4,5-四苯硼进行了一系列研究。先对其进行结构优化,在此基础上计算得出前沿空轨道和占有轨道的能量、密度等等,得出有机物的激发态性质。研究了化合物的光电转化,从结构的角度分析其性质。了解化合物激发态的分子结构及电荷转移等信息。对新型光电功能材料的设计和开发有十分重大意义。这也为探索能源材料的结构-性质间的关系建立了基础,并且为实验研究提供了有价值的理论依据。 1.采用电子结构理论、跃迁密度矩阵以及电荷密度差异法研究了带有一个噻唑并噻唑单元的p-型n-型有机半导体的结构和激发态性质。计算的吸收光谱的跃迁能和实验结果一致。通过对优化的基态分子构型的分析,得到了噻唑并噻唑和三氟苯(或噻吩)的二面角和实验结果一致。为了研究噻唑并噻唑有机半导体的各个单元对有机半导体激发态影响,对它们各个单元的前沿最高占有轨道和最低空轨道的电子能量、密度的研究,得出有机物1要比有机物2有更强的离域作用。电子-空穴相关性、激态离域现象所隐含的动力学观点:有机物2的离域作用优于有机物1。 2.采用量子化学方法和电荷密度差异法成功地研究了1,1二取代基2,3,4,5-四苯硼激发态性质。研究了中性的以及带电2,3,4,5-四苯基不同取代基的晶体结构,热解比重性质、电荷传输特性、跃迁密度等。实验结果表明由于MPPS和HPS的卓越的电致发光性能导致了高电荷传输率,高效光合作用。得出了中性、带电的四苯硼偶极矩的方向、强度存在差异,电荷转移的方向与结果也是不同这一结论。这一理论也揭示了2,3,4,5-四苯硼在1,1-位置的取代基的不同对其激发态的影响也是不同的。


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