具有单线态裂分性质的分子设计与理论研究

发布时间：2017-09-24 07:20

  本文关键词：具有单线态裂分性质的分子设计与理论研究

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【摘要】：单线态裂分(Singlet fission, SF)是在有机生色团材料上一个单线态激子裂分成两个三线态激子的多激子生成过程。理论上,单线态裂分的这种长寿命的三线态激子加倍作用会使光电转换理论效率增加到47.7%,突破了传统太阳能电池Shockley-Queisser效率极限33.7%,因此,单线态裂分研究引起了科学界和工程界的广泛关注。本论文设计一系列新的芳香芘环衍生物,通过SF能量匹配条件和多自由基特征探讨化学修饰结构与单线态裂分子性质的关系。(1)在芘分子上引入双呋喃环和氰基设计了具有多自由基性质的单线态裂分分子。采用自旋投影非限制性HF (PUHF)方法来预测其多自由基性质与yi。用TDDFT/TDA方法和完全活性空间自洽场方法(CASSCF)以及N电子价态微扰理论方法(NEVPT2)探讨了化学结构与其SF的能级条件关系。计算结果表明,五种双呋喃并芘化合物中PDF-5分子接近满足具有双自由基性质的SF能量条件,而其4、5位置单氰基取代的PDFC-4和PDFC-5满足SF条件,奇电子密度计算表明他们具有明显的双自由基性质(y00.46)以及弱的四自由基性质。(2)用等电子对取代策略对芘环进行单、双BN取代,设计了具有多自由基性质的小单线态裂分分子。在验证分子衍生物的多自由基的基础上,采用TDDFT方法对SF的能级条件进行计算。并使用CASSCF以及NEVPT2验证能级计算的准确性。多自由基性质yi计算结果表明,加入一对BN取代基的衍生物没有双自由基性质,且不满足SF能级条件。加入两对头尾相接的BN等电子基团可以在分子中形成两个推拉式稳定自由基中心,即形成一个大的推拉式稳定双自由基结构(N→B→N→B→N)。并且通过能级匹配条件可以确定nba-2和nba-3满足SF能级条件。
【关键词】：太阳能电池 芘 单线态裂分 多自由基性质 TDDFT/TDA CASSCF
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.13
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 前言8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 单线态裂分原理9-10
• 1.3 单线态裂分(Singlet Fission)染料敏化剂分子的研究进展10-12
• 1.4 研究目的和研究内容12-13
• 1.4.1 研究目的12
• 1.4.2 研究内容12-13
• 第二章 基于多重自由基特征的双呋喃并芘衍生物的分子设计13-24
• 2.1 前言13-14
• 2.2 计算方法14-15
• 2.3 结果与讨论15-23
• 2.3.1 单线态裂分能级条件与分子结构之间的关系15-20
• 2.3.2 多自由基性质与分子结构之间的关系20-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 等电子对取代方法设计单线态裂分分子的理论研究24-32
• 3.1 前言24-25
• 3.2 计算方法25
• 3.3 结果与讨论25-31
• 3.3.1 垂直激发能的计算方法25-28
• 3.3.2 多自由基性质与分子结构关系的讨论28-31
• 3.4 小结31-32
• 参考文献32-38
• 致谢38-39
• 在学期间公开发表论文及著作情况39

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本文编号：910082