新型二噻吩酰亚胺类化合物的合成和光电性质研究

发布时间：2021-08-03 08:04

　　近年来,有机半导体材料在有机场效应晶体管（Organic Field-Effect Transistors,OFETs）中的应用已经取得了重要进展。p型有机半导体材料的空穴迁移率（μ_h）已经超过了20 cm²·V^-1·s^-1,而n型和双极性有机半导体材料的发展相对滞后,其电子迁移率（μ_e）普遍低于5 cm²·V^-1·s^-1。为了促进n型和双极性有机半导体材料的发展,新型受体单元的开发仍是有机半导体领域的一个重要课题。芳香酰亚胺作为非常重要的一类有机半导体材料,其具有优异的光化学稳定性、高的荧光量子产量、刚性结构和强的电子接受能力,因此被广泛应用在OFETs、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diodes,OLEDs）和有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）等领域。芳香酰亚胺类有机半导体材料经过几十年的发展,在OFET器件应用的性能上取得了巨大的发展,其中,基... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

DFT计算的BTI和iBTI的前沿分子轨道、HOMO/LUMO能级及能隙EgFigure2.2Calculatedfrontierorbitals,theHOMO/LUMOenergiesandEgforBTIandiBTIbyDFT.

第二章基于iBTI的聚合物的合成及电学性质研究352.5结果与讨论2.5.1密度泛函理论计算我们以三聚体为研究对象进行DFT计算，选取一个iBTI单元和相邻共聚单体的二面角，在b3lyp/6-31(d）水平上进行势能曲线的扫描，计算结果如图2.15。PiBTI、PiBTI2T和PiBTI2FT的势能最小值均对应于联噻吩中硫原子的反式朝向结构，表明联噻吩中硫原子的反式朝向结构是三者的最佳几何构型；PiBTIE的势能最小值对应于双键的反式结构，说明反式结构是PiBTIE三聚体的最佳几何构型。图2.15DFT计算的（a）PiBTI、（b）PiBTIE、（c）PiBTI2FT及（d）PiBTI2T的聚合物主链的二面角扫描图Figure2.15Scanningimagesofdihedralanglesof(a)PiBTI,(b)PiBTIE,(c)PiBTI2FTand(d)PiBTI2TcalculatedbyDFT.基于此，我们以反式构象为初始结构，采用基组6-311g(d,p)对四个聚合物的三聚体进行结构优化，进而对HOMO、LUMO能级及带隙进行理论计算，结果如图2.16，PiBTI三聚体的LUMO能级为3.05eV，较iBTI单体的LUMO能级（2.1eV）大大降低。此外，PiBTI三聚体具有宽的带隙，这些将利于单一极性

第二章基于iBTI的聚合物的合成及电学性质研究36n型半导体材料的构筑；PiBTIE、PiBTI2T和PiBTI2FT的HOMO能级较PiBTI均有所提高，并且HOMO能级提高的程度随给电子基团的给电子能力不同而不同，给电子能力越强，HOMO能级增加越多，HOMO能级的提高将有利于其向双极性及P型半导体材料的调控。图2.16DFT计算的PiBTI、PiBTIE、PiBTI2FT及PiBTI2T的前沿分子轨道、HOMO/LUMO能级以及EgFigure2.16Calculatedthefrontierorbitals,theHOMO/LUMOenergiesandEgforPiBTI,PiBTIE,PiBTI2FTandPiBTI2TbyDFT.通过DFT计算优化所得四个聚合物的三聚体结构片段的正视图和侧视图（图2.17）显示，PiBTI三聚体的平面性不高，分子中单体之间的扭曲角约为22o；PiBTIE三聚体具有很好的平面性，几乎完全水平，这是由于双键的引入极大的提高了分子的刚性，良好的主链平面性有利于ππ堆积和载流子的传输，从而实现高的迁移率；PiBTI2FT和PiBTI2T的受体单元与二联噻吩之间的扭曲角约为20o和21.5o，并且随着共轭单元的增加，分子整体的平面性有所降低。


本文编号：3319259