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过渡金属配合物电子激发态及光谱性质的理论研究

孙诗  
【摘要】:过渡金属配合物因为其分子和电子结构的多样性广泛应用于信息显示、存储和传感等许多领域,是当前国际上的研究热点之一。尤其是在过渡金属配合物作为发光材料的领域,铱和铂配合物由于丰富的光谱性质以及优异的发光效率引起研究者们极大的兴趣。随着研究的深入,通过量子化学的方法来研究材料的电子结构、激发态性质、电荷转移性质以及其它光物理性质显得越来越重要,可以通过相关的理论研究来指导材料优化、解释发光机理。本论文通过量子化学计算研究了一系列铂和铱等过渡金属配合物的电子结构、光谱性质及载流子传输性质,为新型过渡金属配合物光电材料的设计提供理论基础。研究内容主要如下: 1.使用密度泛函方法研究了一系列含不同取代基的双核三联吡啶铂配合物电子结构、激发态性质与光谱性质。研究发现不同取代基的引入导致分子结构产生不同程度的扭曲。引入取代基后,分子的共轭程度增加,HOMO、LUMO都降低,配合物的吸收红移。含不同取代基的配合物的HOMO和LUMO分布在不同的片断上,可以通过引入不同性质的取代基或杂原子来调解分子的光电性质,以获得高性能的功能材料。 2.以一系列环金属铱配合物作为研究对象,使用密度泛函方法系统研究了配合物C^N配体上具有不同电荷传输性质的取代基对该类配合物电子结构、光谱性质和载流子传输性质的影响。研究发现取代基的引入导致配合物HOMO、LUMO一定程度降低,能隙有所变化。咔唑的引入使吸收蓝移,而唖二唑和米基硼使配合物吸收红移。可见,可以通过取代基的选择来调节该类配合物的光谱性质。此外,空穴传输基团咔唑的引入提高了配合物2的空穴注入与传输性能,利于制备高效率的发光器件。电子传输基团唖二唑以及吸电子基团米基硼的引入分别提高了3与4的电荷传输性质,且较好的实现空穴和电子的传输平衡。 3.使用密度泛函方法对一系列含有不同β-二酮配体的铂金属配合物在溶液中的发光效率的差异进行分析与解释。根据计算结果,着重讨论了该类配合物自旋耦合作用以及一些与辐射速率和非辐射速率相关的因素。研究结果表明,可以通过理论的方法对Pt配合物的磷光发射效率进行解释以及预测,这对该类配合物的设计与研究提供了理论依据。 4.理论研究了通过米基硼取代基与氟离子的结合调制二芳烯化合物的光致变色性质的机理。研究发现,引入米基硼基团将会增加分子的共轭长度,使其激发态性质由π→π*跃迁转变为电荷转移跃迁。此外,分子中硼原子中心与F-的结合可以调节化合物的光致变色性质,并使其激发态性质又由电荷转移转变为π→π*跃迁,从而实现对其光致变色性质的调控。


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