π桥(π=Py、Tz、THF)对聚吡咯并吡咯二酮-联噻吩光电性能影响的第一性原理研究

发布时间：2024-05-19 11:48

　　本文在聚吡咯并吡咯二酮-联噻吩(PDPP-2T,P1)的基础上,分别选取了吡啶(Py)、噻唑(Tz)、呋喃(THF)三种基团构造D-π-A共聚物P2、P3、P4,并通过密度泛函(DFT)第一性原理计算了四种聚合物的光电性质。计算结果表明,引入π桥后,能带曲率变大,有利于提升共聚物导电性,但带隙均增大;光吸收峰的短波吸收峰均发生红移,P2与P4的长波峰发生蓝移,而P3的长波峰变化不大,且长波吸收峰的强度均减弱。并用Bader电荷分析研究了三种π桥对D、A单元之间的电荷转移量的影响,发现引入π桥后,P2、P3电荷转移量减少,P4略微增加;且π桥在共聚物中既可以是得电子单元,又可以是失电子单元,表明引入π桥对D/A共聚物的电荷传输有一定影响。总之,用引入π桥的方法来提升共聚物的光电性质是一个需综合考虑的问题。

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【部分图文】：

图1D/A共聚物P1与D-π-A共聚物(P2,P3,P4)的分子结构示意图

本文利用VASP软件对D/A共聚物的分子结构进行优化,并计算其电子结构与光电性质[11]。计算中交换关联泛函采用基于广义梯度近似(GGA)下的Perdew-Becke-Ernzerhof(PBE)方法[12],并采用投影缀加波赝势(PAW)方法[13]描述电子与原子核之间的相互作....

图2聚合物P1,P2,P3,P4在费米能级附近的电子结构与聚合物的带隙值(括号内为实验值)

如图2(a)所示,引入三种π桥后,能带曲率变大,由有效质量公式m*=h2[?2E(k)/?k2](E(k)为能带本征值,k为波矢),载流子迁移率公式μ=qτ/m*(q为电荷量,τ为载流子平均寿命)可知,π桥和引入有可能提高聚合物P2、P3、P4的载流子迁移率,有利于电荷传输;而H....

图3聚合物P1、P2、P3、P4的D、A单元及π桥的PDOS(费米能级设为0eV)

为了进一步研究聚合物PDPP-2T引入π桥后电子结构的变化,本文作出了引入π桥前后的差分电荷密度图,如图4所示。图4聚合物P1、P2、P3、P4的差分电荷密度图

图4聚合物P1、P2、P3、P4的差分电荷密度图

图3聚合物P1、P2、P3、P4的D、A单元及π桥的PDOS(费米能级设为0eV)图4为几种聚合物的差分电荷密度图。图中浅色(黄色)部分代表得电子,深色(蓝色)部分代表失电子。从图4中可以看出,引入π桥后,聚合物的电荷分布发生了一定的变化,未引入π桥的聚合物P1中Th单元电荷....

本文编号：3978039