α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a~g2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+G(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学(NLO)性质.计算结果表明,在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团,更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能.在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩(母体分子)结构的末端,端接含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH_2CH_3)_2相比,能隙降值减小,最低能量吸收波长明显红移,其三阶NLO系数γ值达10~6数量级个原子单位(10~(-33)esu),显示出良好的三阶非线性光学性能,可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料.     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a～j2) 进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,µ(或0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子) 末端引入含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2）,比引入强供电子基团（如-N(CH2CH3)2）、单纯吸电子基（如F原子）µ(或0) 更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其µ（或0）值为104数量级个原子单位(10-29 esu),与母体分子相比µ增大4.8～19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a～g2) 进行几何构型优化，对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱，用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明，在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团，更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能。在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩 (母体分子)结构的末端，端接含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2），与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH2CH3)2相比，能隙降值减小，最低能量吸收波长明显红移，其三阶NLO系数  值达106数量级个原子单位(10-33 esu)，显示出良好的三阶非线性光学性能，可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料。     

含苯乙烯桥侧链三枝分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-311+g(d,p)方法对含苯乙烯桥侧链均三嗪类衍生物的8个分子(Y1-Y8)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-311+g(d,p)),计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学（NLO）性质。结果表明,8个分子的μ（或0）值为104数量级个原子单位(10-29 esu),显示出良好的二阶非线性光学性能。在其三支链的末端引入强供电子基团（如-N(CH3)2或-N(CH2CH3)2）比引入弱供电子基团及吸电子基团,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

含二噻吩乙烯的非线性光学开关分子的新设计方案研究

本文提出了一种利用二噻吩乙烯来设计光致二阶非线性光学开关分子的新方案.与传统设计方案不同之处在于,新方案中,二噻吩乙烯主要作为一个得失电子能力可以改变的基团处于化合物的端基上.通过设计一组结构简单的模型化合物,并利用密度泛函理论计算它们的一阶超极化率β,我们实验了新方案的效果.计算结果表明,使用适当的取代基,能使设计的分子的光异构体之间的β比值达到10倍左右,差值超过100×10-30esu,使得这组模型化合物的二阶非线性光学开关能力不逊色于一些遵循传统设计方案的复杂金属有机化合物.     

含二噻吩乙烯的非线性光学开关分子的新设计方案研究

本文提出了一种利用二噻吩乙烯来设计光致二阶非线性光学开关分子的新方案. 与传统设计方案不同之处在于,新方案中,二噻吩乙烯主要作为一个得失电子能力可以改变的基团处于化合物的端基上. 通过设计一组结构简单的模型化合物,并利用密度泛函理论计算它们的一阶超极化率β,我们实验了新方案的效果. 计算结果表明,使用适当的取代基,能使设计的分子的光异构体之间的β比值达到10倍左右,差值超过100×10-30 esu,使得这组模型化合物的二阶非线性光学开关能力不逊色于一些遵循传统设计方案的复杂金属有机化合物.     

含硼二噻吩乙烯分子的二阶非线性光学性质与开关性质的理论研究

利用密度泛函与含时密度泛函方法,计算了一组含硼的二噻吩乙烯化合物分子的二阶静态非线性光学系数β,并对该体系的激发态电荷轨道跃迁规律做了分析.结果表明,该体系不但具有极好的二阶非线性光学响应能力,其不同光异构体的β差值亦相当明显.通过在二噻吩乙烯上使用更强的推电子基团,同时提高了β值和光异构体之间的β差值.最大的β差值接近1000×10-30esu,比值达到5.6倍.证明这种体系是一种优良的非线性光学开关材料.对激发态电荷轨道及其跃迁模式的分析解释了该体系具有较大β值的原因,以及光异构体的电荷跃迁模式之间的差别.     

具有不同取代基团的香豆素系列分子二阶非线性光学性质的DFT研究

本文设计了具有不同取代基团的7-苯乙烯基香豆素和4-苯乙烯基香豆素的A、B两个系列共14个化合物分子.采用密度泛函理论B3LYP/6-31G方法对其几何构型进行了全结构优化.在所得优化结构的基础上对这些分子的稳态二阶非线性光学(NLO)系数β值进行计算分析,同时用含时密度泛函理论(TD-DFT)对这些分子的电子性质进行了研究.结果表明:此类香豆素化合物具有较大的分子β值,其中A类分子的共面性好,共轭链长,β值均比B类分子的大.14个化合物中前线分子轨道能级差越小的化合物,其βwt值越大.各分子前线分子轨道跃迁对二阶NLO效应有明显的贡献.     

并五噻吩分子光谱和激发态的密度泛函理论

首次采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)水平上对并五噻吩进行了构型优化,并作振动分析,未出现虚频。频率分析得到分子红外光谱和拉曼光谱,同时也得到分子的HOMO-LUMO能隙为3.86eV,所得计算结果与实验值基本符合。利用含时密度泛函理论(TDDFT)计算其激发态,得到振荡强度最大的五个允许跃迁的单激发态,所有激发态光谱均在紫外波段,故在可见光区域分子相对稳定,不易光致分解。对前线分子轨道HOMO和LUMO分析得到,HOMO到LUMO的跃迁是电子从C原子转移到S原子上,C—C原子之间形成离域键,这正是并五噻吩区别于一般有机材料而具有导电性的根本原因。结果表明:相对于并五苯,并五噻吩具有更高的稳定性,同时具有很好的导电性能和发光性能,是新一类有机半导体材料。     

Y型均三嗪类衍生物三阶非线性光学性质研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G*方法对含Y型均三嗪类衍生物的6个分子(Y1-Y6)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT (TDB3 LYP/6-31+G*)计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学(NLO)性质.结果表明,6个含Y型均三嗪类有机分子的三阶非线性光学系数γ值为1010数量级个原子单位(10-30 esu),显示出良好的三阶非线性光学性能.在其三支链的末端引入不同的推、拉电子基团(Y2→Y6),对其电子光谱和三阶非线性光学响应具有明显的影响.引入强供电子基团,γ增大幅度较大,有利于改善体系的三阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料.     

DFT研究给/吸电子取代基对D-π-A型苯并噻唑衍生物光电性质及非线性光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法计算了苯并噻唑及其三种D-π-A型衍生物的电子结构、电子光谱及重组能,同时结合有限场(FF)方法计算了它们的二阶非线性光学系数βtol值,从而探索取代基与分子的电荷分布、电子光谱及非线性光学性质的关系.计算结果显示,在母体分子的2,5位同时引入给/吸电子基团,2位碳原子的电荷布居发生较大变化,且分子的HOMO能级升高,LUMO能级降低,能隙减小,吸收和发射光谱发生显著的红移,增大了二阶非线性光学系数βtol.随着取代基吸电子能力的增强,分子的电子重组能逐渐变大,而空穴重组能的变化却不大,同时分子的偶极矩有所增加,有利于产生二阶非线性光学活性.     

DFT研究给/吸电子取代基对D-π-A型苯并噻唑衍生物光电性质及非线性光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法计算了苯并噻唑及其三种D-π-A型衍生物的电子结构、电子光谱及重组能,同时结合有限场(FF)方法计算了它们的二阶非线性光学系数βtol值,从而探索取代基与分子的电荷分布、电子光谱及非线性光学性质的关系。计算结果显示,在母体分子的2,5位同时引入给/吸电子基团,2位碳原子的电荷布居发生较大变化,且分子的HOMO能级升高,LUMO能级降低,能隙减小,吸收和发射光谱发生显著的红移,增大了二阶非线性光学系数βtol。随着取代基吸电子能力的增强,分子的电子重组能逐渐变大,而空穴重组能的变化却不大,同时分子的偶极矩有所增加,有利于产生二阶非线性光学活性。     

Y型均三嗪类衍生物三阶非线性光学性质研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G*方法对含Y型均三嗪类衍生物的6个分子(Y1-Y6)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+G*)计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学（NLO）性质。结果表明,6个含Y型均三嗪类有机分子的三阶非线性光学系数g值为1010数量级个原子单位(10-30 esu),显示出良好的三阶非线性光学性能。在其三支链的末端引入不同的推、拉电子基团（Y2→Y6）,对其电子光谱和三阶非线性光学响应具有明显的影响。引入强供电子基团,g增大幅度较大,有利于改善体系的三阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

噻吩加聚物(C4H4S) n(n=1～8)的密度泛函理论研究

采用B3LYP/6 31G方法对噻吩加聚物(C4H4S)n(n=1～8)体系进行了全优化,在进行结构优化的同 时得到链式加聚物的总能量(ET)、零点能(ZPE)、热容(C0P)、熵(S0)和能隙(△E).通过对体系的能量分析,确定 得到的结构是体系的稳定构型;分析了ZPE、C0P、S0和△E与n的关系,并在能量的基础上得到噻吩分子以不同 方式聚合成链式加聚物时的焓变,并由此确定链式加聚物系列的聚合过程和相对稳定性以及加聚物导电性的变 化趋势.     

具有不同取代基团的香豆素系列分子二阶非线性光学性质的DFT研究

本文设计了具有不同取代基团的7-苯乙烯基香豆素和4-苯乙烯基香豆素的A、B两个系列共14个化合物分子。采用密度泛函理论B3LYP/6-31G方法对其几何构型进行了全结构优化．在所得优化结构的基础上对这些分子的稳态二阶非线性光学（NLO）系数β值进行计算分析,同时用含时密度泛函理论（TD-DFT）对这些分子的电子性质进行了研究．结果表明：此类香豆素化合物具有较大的分子β值,其中A类分子的共面性好,共轭链长,β值均比B类分子的大．14个化合物中前线分子轨道能级差越小的化合物,其βtot值越大．各分子前线分子轨道跃迁对二阶NLO效应有明显的贡献．     

新型3,4-二烷基取代聚噻吩的合成、光学及电化学性能

通过Heck偶联法制备了一种新型聚噻吩衍生物——2,5-二乙烯基-3,4-二辛基噻吩-共-2,5-二苯基-1,3,4-(口恶)二唑(PO2TV-OXD),用核磁共振氢谱(1H NMR)及凝胶色谱(GPC)对其结构进行分析和表征.用紫外-可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱(PL)及电化学分析研究其光学和电化学性能,并与3,4-二辛基噻吩均聚物(PO2T)进行了对比研究.研究表明:主链上引入吸电子能力较强的1,3,4-(口恶)二唑基团,明显增加了聚合物的能隙,提高了聚合物的荧光量子效率.     

非线性光学 非线性光学材料

O4372006054155金配合物[Au(C≡C-4-LNO2)(PPh3)]二阶非线性光学性质的理论研究=Theoretical research on second-order non-linear optical properties of[Au(C≡C-4-LNO2)(PPh3)]gold complexes[刊,中]/秦春生(东北师范大学化学学院功能材料化学研究所.吉林,长春(130024)),刘杉杉…//分子科学学报.—2006,22(2).—100-104用含时密度泛函理论组合态求和方法研究实验合成的金配合物[Au(C≡C-4-LNO2)(PPh3),L=—C6H4(1),—C5H3N(2)]和自行设计的金配合物[Au(C≡C-4-C4H2N2NO2)(PPh3)L=—C4H2N2(3)]的非线性光学性质。计算…     

2,4,6-三甲氧基苯-1-O-D葡萄糖苷的核磁共振谱的理论研究

应用规范不变原子轨道GIAO法,分别在HF/6-311+G(2d,p)//B3LYP/6-31G(d)和HF/6-311+G(2d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)水平上,计算了从卫茅科南蛇藤属植物苦皮藤中分离鉴定出的2,4,6-三甲氧基苯-1-O-D葡萄糖苷(化合物1)的α和β分子构型的1HNMR和13CNMR的化学位移值,并对理论计算值与实验值的误差进行了统计分析,其中β分子构型的计算值与实验值较为接近,结合α和β分子构型的总能量计算值,预测化合物1分子应择型于β构型,即为2,4,6-三甲氧基苯-1-O-β-D葡萄糖苷,这与根据糖的端基质子化学位移和耦合常数实验值(δH=4.81,J=7.3Hz)推断的结论相吻合,进一步说明理论计算的合理性.     

聚噻吩单链量子热输运的第一性原理研究

聚噻吩块体通常被视为绝热材料,其热导率小于1W·m~(-1)·K~(-1).但近年发现对于室温下沿聚噻吩分子链方向排列的无定形聚噻吩纳米纤维,其热导率高于聚噻吩块体,可达4.4W·m~(-1)·K~(-1).为了相对准确地揭示纳米尺度聚噻吩单链热输运的微观特征,从量子力学出发,在密度泛函理论计算的基础上,应用中间插入延展方法结合非平衡格林函数方法,对长度为25.107nm、包含448个原子的聚噻吩单链的量子热输运及其同位素效应进行了研究,并与分子动力学方法模拟的结果进行了详细比较.结果表明:室温下32 nm长的纯聚噻吩单链热导率上限高达30.2 W·m~(-1)·K~(-1),与铅的热导率35 W·m~(-1).K~(-1)相近;相同掺杂比例(原子百分数)下C元素热导的同位素效应比S元素显著;室温下聚噻吩单链中~(12)C,~(13)C等比例随机掺杂时的同位素效应最为显著,此时聚噻吩单链的平均热导至少降低了30%;室温下纯聚噻吩单链的热导随C的相对原子质量增加近似呈反比例减小,随S的相对原子质量增加呈非线性单调增加.该研究对认识和调控聚噻吩这种新型功能材料的热输运特性具有积极的价值.     

电化学合成聚噻吩薄膜提高光伏电池的开路电压

以铟锡氧化物(ITO)/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)为工作电极,采用电化学沉积法,直接在其上形成聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜。其紫外可见吸收光谱的峰值约位于410nm处,吸收边延至610nm处,禁带宽度为2.04eV。测得其最高占有分子轨道(HOMO)能级为-5.21eV,而化学合成P3HT的HOMO能级为-5.02eV,这可能源于电化学合成聚噻吩的规整度比化学合成的要高。原子力显微镜AFM形貌结果表明电化学合成的P3HT中噻吩分子排列紧密,循环伏安扫描表明此P3HT薄膜的电化学性质稳定。采用该电化学合成的聚噻吩与富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)复合而成的光伏电池的开路电压高达0.76V,这主要源于电化学合成聚噻吩HOMO能级的降低,因而揭示了提高光伏电池开路电压的新途径。