空气稳定的氮杂蔻电子传输材料分子设计及三氮杂蔻衍生物迁移率计算

采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响. 结果表明, 引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级, 增强电子注入能力与空气稳定性, 且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著. 其中, 十二氮杂蒄（12ac）具有新颖的“碗状”构型和高的电子亲和势（3.45 eV）, 是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元. 理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄（3b）晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s, 预计是良好的电子传输材料, 值得进一步器件化研究.     

空气稳定的氮杂蒄电子传输材料分子设计及三氮杂蒄衍生物迁移率计算

采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响.结果表明,引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级,增强电子注入能力与空气稳定性,且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著.其中,十二氮杂蒄(12ac)具有新颖的"碗状"构型和高的电子亲和势(3.45 eV),是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元.理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄(3b)晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s,预计是良好的电子传输材料,值得进一步器件化研究.     

以离子水合能解释离子选择电极响应机理

用相继切换不同浓度I^-试液的活度阶梯法研究了碘化银基离子选择电极（I^--ISE）的瞬时响应。随电位变化的离子水合自由能△Gh(I^-）显示出|△Gh（I^-）|越小，正活度阶民位跃迁越快而负活度阶梯电位变化越慢。将－△Gh(I^-）看作I（H2O）n^-与I^--ISE表面反应的活化能解释了这个现象。比起传统电位法，活度阶梯法的主要优点是ISEs响应非常快并且更灵敏，有可能实现小体积试液的快速分析。     

氟的离子选择电极瞬时电位法测定

研究了氟离子选择电极瞬时电位分析法，其检出限和Nernst响应下限均低于传统电位分析法，空白液切换到试液时瞬时电位达到稳定的峰电位Vp比传统电位法的响应快得多，可以实现小体积试液的快速准确分析；用该法测定了自来水和矿泉水中氟的含量；利用校正曲线的截距和检出限计算了LaF3的溶度积，在0.1mol/L KNO3介质中Ksp(LaF3)=10^-28.45，在0.001mol/L柠檬酸钠＋HAc-NaAc缓冲液（pH=5.50，离子强度I＝0.10mol/L)介质中溶度积K′sp(LaF3)=10^-26.26；据此，计算得柠檬酸与La^3 络合物的稳定常数K1=10^5.46和K2=10^3.99；用离子水合吉氏自由能ΔGh(F^-,g)解释了不同浓度F^-试液瞬时电位的跃迁时间。     

量化方法研究分子结BEMP和TEMP的电子输运特性

通过结合杂化密度泛函和前线轨道理论与弹性散射格林函数方法研究了BE- MP(benzene-1,4-di-ethynyl-4-mercaptophenyl)和TEMP(thiophene-2,5-di-ethynyl-4- mercaptophenyl)两分子结的输运性质。基于杂化密度泛函方法计算两扩展分子电子结构的基础上,计算了两分子的输运性质．计算结果显示:电流增加来源于电极和分子轨道的共振;电导曲线呈现出平台特征．在此基础上从扩展分子A(Au-BEMP-Au)中间的苯环的旋转而引起电流减小的角度解释了负微分电阻现象．     

基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的有机太阳能电池给体材料光伏性质理论研究

设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域. 首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元, 吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP), 然后以[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)作为电子受体, 借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型, 系统研究了PC₆₁BM-DBDTDPP_n=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质, 并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系. 结果表明, 该聚合物具有较好的平面结构, 低的最高占据分子轨道(HOMO)能级, 在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 eV), 小的激子分离内重组能(0.152 eV)和电荷复合内重组能(0.314 eV). 在给体-受体界面上, 激子分离速率高达1.073×10¹⁴ s^-1, 而电荷复合速率仅为1.797×10⁸ s^-1. 相比较而言, 激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级, 表明在给体-受体界面上, 光生激子具有很高的分离效率. 总之, 研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料, 值得实验上进一步合成及器件化研究. 理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系, 还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.     

理论研究BBPQ-PC61BM体系的光伏性质

探索和制备具有高能量转换效率（PCE）的有机太阳能电池体系是有机电子学的重要领域和研究热点。本文利用量子化学和分子动力学计算结合Marcus-Hush电荷传输模型理论研究了BBPQ-PC₆₁BM（BBPQ：7,12-二（（三异丙基甲硅烷基）乙炔基）苯并（g）吡啶并（2’,3’：5,6）吡嗪并（2,3-b）喹喔啉-2（1H）-酮;PC₆₁BM：（6,6）苯基-C₆₁-丁酸甲酯）体系的光伏性质。结果表明,BBPQ-PC₆₁BM体系具有相当大的开路电压（1.22 V）、高的填充因子（0.90）和高的光电转换效率（9%-10%）。此外,本文研究还发现BBPQ-PC₆₁BM体系拥有中等大小的激子结合能（0.607 eV）,但相对较小的激子分离和电荷复合重组能（0.345和0.355 eV）。借助于一个简单的分子复合物模型,本文预测BBPQ-PC₆₁BM体系的激子解离速率常数k_dis高达1.775×10¹³ s^-1,而预测的电荷复合速率常数k_rec相当小（<1.0 s^-1）,这表明在BBPQ-PC₆₁BM相界面上,激子解离效率非常高。总之,理论研究表明,BBPQ-PC₆₁BM是一个非常有前途的有机太阳能电池候选体系,值得实验上做出进一步研究。     

孤立轨道法评估不同并五苯分子堆积的电荷转移积分

运用量子化学密度泛函理论B3LYP方法, 在6-31G(d,p)水平上采用孤立轨道法的双分子非自洽与自洽法评估了基于π共轭有机半导体材料不同堆积的并五苯二聚体的电荷转移积分, 在此基础上考虑电场作用对以上堆积形式下电荷转移积分的影响. 结果表明, 孤立轨道的双分子自洽方法得到的有效转移积分与非自洽法得到的直接耦合量在数值上非常接近并与实验值比较吻合, 且自洽法还可以方便地考察极化对分子位点能的影响. 此外, 运用该方法在电场作用下评估了不同堆积形式下的并五苯二聚体的电荷转移积分, 结果表明电场对电荷转移积分几乎没有影响.     

叶绿素a激发态电子结构的量子化学计算

采用密度泛函理论DFT(B3LYP/6-31G)对氢取代后叶绿素的几何构型进行优化,并用不同的量子化学方法包含TDDFT、SAC/SAC-CI等计算激发态能量和Qy 态跃迁偶极矩的三维夹角等性质,寻找和检验适合于计算色素大分子体系精确较高且易实现的理论化学方法.CAM-B3LYP是最好计算叶绿素a的激发态前四个激发态特征的泛函形式.     

苯并噻二唑类电子受体材料分子设计与给-受体的理论匹配

设计并理论预测了一系列A'-π-A-π-A'型苯并噻二唑衍生物电子受体分子的几何构型、前线轨道特征、吸光性质及电子重组能等信息,同时考察了丙酮、氯苯溶剂对其性质的影响. 在此基础上将性能优异的受体分子与特定给体分子组合构建给-受体（D-A）界面,通过计算给体HOMO与受体LUMO之间的电子耦合V_if,评估了D-A界面载流子的复合程度. 结果表明,合理选择取代基对核心受体苯并噻二唑进行修饰是调节LUMO能级和能隙的有效方法. 将平面性好的受体材料与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层材料,有可能达到降低界面复合、减小光电压损失和提高开路电压的目的. 综合考虑ΔE_L,V_if,光吸收效率及溶剂化效应等因素,D1-1aγ及D1-2aγ组合有望成为电子迁移率高、在可见光和近红外区吸收宽、界面激子可以有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合.