分子间作用对有机小分子光电特性影响的理论研究

发布时间：2021-10-29 15:24

　　随着有机材料在光电器件中的应用越来越广泛,有机分子的光电特性成为了一个研究重点。与无机材料多为长程有序的晶体结构相比,有机材料多以分子为单位相互堆叠而成。因此,分子间的相互作用对于有机材料的各项性能有着广泛的影响。本文主要采用理论计算的方法对三种有机分子间主要的相互作用:氢键、π-π相互作用和偶极作用进行了研究,着重讨论了这些相互作用对分子的发光、电荷传递以及对光电器件性能的影响。研究的主要内容可以分为三个部分:分子间氢键对分子荧光猝灭过程的影响,分子的共轭性以及分子间的π-π相互作用对电荷在分子间传递过程的影响以及由有机小分子制作的偶极层对光电器件性能的影响。在第一部分,我们以具有代表性的芴酮-甲醇（FN-MeOH）体系为研究对象,根据不同的电子态,对其中分子的几何构型进行了优化,并计算了相应的能量。通过比较芴酮分子和芴酮-甲醇体系的垂直激发能,发现分子间氢键会使分子的激发态能级发生移动。着重研究了体系在激发态下发生电荷沿分子间氢键转移的过程。采用对主要反应坐标扫描的方法,绘制了该过程的势能曲线和势能曲面。通过对计算结果的分析,证实了电荷传递会增强体系的无辐射弛豫过程。之后,我们又对... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１与ｍｅ＊跃迁和ＴＵＴ＊跃迁相关的分子轨道的电子分布

我们选择了与电荷传递过程最相关的键长ｒ〇ｈ作为反应坐标，甲醇??分子中的羟基可以与芴酮分子中羰基中的氧原子形成分子间氢键，而ｒ〇ｈ表示的??正是甲醇分子中羟基的键长。从图２中可以看出，势能曲线被一条垂直的虚线分??成了两部分，左边的部分（Ｒ〇ｈ?＜?１．１?Ａ）表不的是垂直激发态，对应于Ｆｒａｎｃｋ－Ｃｏｎｄｏｎ??区域。在这一部分，计算激发态和基态的能量所用到的分子几何构型是根据Ｓ〇态??的能量进行优化得到的。图２的右半部分（Ｒ〇Ｈ＞ｌ．ｌＡ）表示的是ＣＴ态，在这一??３３??

?氣键对荧光猝灭的影响??图３（ｂ））。由单线态和三线态耦合形成的双自由基态的能量要明显低于Ｓ〇态，这是??因为电荷传递过程大幅降低了闭壳层基态的稳定性。??（ａ）?（ｂ＞?（ｃ）??（ｄ）?（ｅ）??图３双自由基在Ｒ〇ｈ?＝?２．〇Ａ位置的几何构型（ａ、ｂ）以及ＦＮ－ＭｅＯＨ体系在Ｒ〇ｈ?＝?１．１?Ａ位置??的几何构型（ｃ、ｄ和ｅ）：?（ａ、ｄ）根据Ｖｔｔ＊态的能量优化得到；（ｂ、ｅ）根据态的能量优??化得到：（ｃ）根据Ｓｃ态的的能量优化得到。??Ｆｉｇｕｒｅ?３．?Ｔｈｅ?ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｉｒａｄｉｃａｌ?ａｔ?Ｒ〇Ｈ?＝?２．０?Ａ?（ａ，?ｂ）?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｆｌｕｏｒｅｎｏｎｅ－ｍｅｔｈａｎｏｌ?ｃｏｍｐｌｅｘ??Ｒ〇ｈ?＝?１．１?Ａ?（ｃ，?ｄ?ａｎｄ?ｅ）：?（ａ，?ｄ）?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?］ｎｎ＊?ｓｔａｔｅ；?（ｂ，?ｅ）?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?３ｋｋ＊?ｓｔａｔｅ；?（ｃ）??ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｓ〇?ｓｔａｔｅ．??需要特别指出的是，以上沿反应坐标Ｒｏｈ计算体系能量时所使用的体系的几??何构型无论是根据基态（Ｓｏ态）能量优化得到的，还是根据激发态Ｕｔｈｔ＊态或３７ｎｒ＊??态）能量优化得到的，都只是相应的电子态在对应反应坐标下的最低能量构型。??也就是说，图２中所描绘的势能曲线并不是沿反应坐标Ｒ〇Ｈ的反应路径下“真实”??的能量，而那些计算中所用到的体系的几何构型也并不一定会出现在真实的反应??路径上。出现上述现象的主要原因是我们在计算体系处于不同电子态下的势能曲??线时


本文编号：3464912