基于苯并噻吩平面格的张力与重组能的理论研究

有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛,但由于各类结构缺陷和迁移率较低,不利于载流子的传输.本文基于苯并噻吩设计并研究了一系列新型有机电荷传输纳米分子,利用密度泛函理论研究了分子轨道、电离能、电子亲和势、张力能和重组能等分子结构和电子性质;利用约化密度梯度函数和正规模式(NM)分析方法计算了分子内的弱相互作用和每个振动模式对重组能的贡献.结果表明,苯并噻吩格子化(形成四元格)之后,与其单体相比,分子的电子重组能降低了至少0.394 eV,空穴重组能降低了至少0.056 eV,证明格子化是降低重组能的一种有效策略.

一种基于芴的大环结构的有效降低内重组能的理论研究

有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛,但有机半导体材料的迁移率较低,不利于电子传输.本工作基于芴分子设计并计算研究了具有“口”型结构的一类新型网格结构(OF),与普通的大环分子相比,它具有可以横向延伸的几何结构.利用密度泛函理论研究了其分子结构,环张力能和各种电子性质,包括分子轨道、绝热电离势(IPa)、绝热电子亲和势(EAa)、重组能.此外,利用非共价相互作用和Normal Mode(NM)分析方法分别研究了分子内的弱相互作用和每个振动模式对OF重组能的贡献.结果表明OF分子具有非常弱的环张力能(8.20 kJ/mol),比较容易在实验室中合成.通过分子内弱相互作用分析发现,由于cis-OF横梁上的两个芴单元距离较近并且产生了一定的角度,从而产生了π-π相互作用.与Bis-Fl1,Bis-Fl2,Quarter-Fl1和Quarter-Fl2相比,OF分子的IPa降低,EAa提升,证明了格子化效应能提高分子的空穴和电子注入能力.同时,OF具有较低的IPa,是一种非常具有潜力的p型分子材料.另外,当形成口字型芴格时,OF的空穴重组能和电子重组能都有所降低,说明格子化效应是有效降低重组能的一种方式,为未来设计具有优秀电荷传输性质的有机半导体材料提供了一种有效的策略.