苯并二呋喃酮类染料及其取代物的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31G*的水平上对苯并二呋喃酮类染料及其芳环6,6’-,9,9’-,10,10’-,11,11’-,12,12’-,13,13’-取代衍生物进行理论计算,讨论了CH3、OCH3、Cl、NO2在不同位置取代对分子的几何结构、电子结构和能量的影响。同时采用含时的密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平下计算其电子光谱。结果表明:母体被取代后能量降低,结构变稳定;苯并二呋喃酮类染料及其芳环取代物的最低单重激发态均主要源自HOMO-LOMO(π-π*)跃迁。     

3,6-二(3-苯基-1,3-丙二酮基)-9-乙基咔唑的合成、光谱性质与量子化学研究

咔唑分子经SN1烷基化、Friedle-crafts双乙酰化和Claisen缩合3步反应,合成了一种新颖的双β-二酮化合物9-乙基-3,6-二(3-苯基-1,3-丙二酮基)咔唑,对其结构进行了元素分析、IR、1H NMR和MS表征.研究了中间体和目标化合物的吸收光谱性质,采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G*水平上对目标化合物基态结构进行优化,运用含时密度泛函理论在相同水平上计算了吸收光谱数据,从微观上分析了化合物的电子跃迁行为.     

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究, 从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂. 对前线分子轨道的计算表明, 二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入. 对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明, 二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好. 对染料分子的能级计算表明, 二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂. 二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO) 能级均比TiO2晶体导带边能级高, 能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子. 二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I-3能级低, 保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子. 与实验数据比较, 得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面, 对染料的关键要求是LUMO能级的位置. 染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素. 通过对化学键键长的比较表明, 二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同. 对计算结果的分析表明, 二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高, 分子稳定性最好, 在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好, 在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.     

有机染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构及相关性质

运用密度泛函理论中的杂化泛函B3LYP研究了高效太阳能电池新型染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构、极化率和超极化率, 并用含时密度泛函理论(TDDFT)研究了电子吸收谱. 基于含时密度泛函理论计算结果和实验结果的定性符合, 指认了在可见和近紫外区的吸收属于π→π*跃迁. 计算结果还表明JK16和JK17激发能最低的三个跃迁都与光诱导电荷转移过程有关, 而且二-二甲基芴氨基苯并噻吩基团对光电转换过程的敏化起主要作用, 发生于染料敏化剂JK16、JK17和TiO2界面之间的电荷转移是由染料分子激发态向半导体导带的电子注入过程. 此外, 通过对JK16和JK17的比较, 分析了亚乙烯基对几何结构、电子结构和谱学特性的影响.     

3-(2-苯并呋喃甲酰甲基)喹唑啉酮的合成及抗球虫活性研究

为寻求具有抗球虫活性的新化合物,本文设计并合成了4个含卤素的3-(2-苯并呋喃甲酰甲基)喹唑啉酮。所有化合物的结构经1H NMR,HRMS和IR所证实。抗球虫活性实验的结果表明,在18 mg/kg的浓度下,化合物8-氯-3-(2-苯并呋喃甲酰甲基)喹唑啉酮具有抗球虫活性效果。     

二茂铁基查尔酮衍生物的超快三阶非线性光学响应

合成三例二茂铁基查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(5-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(1)、1-二茂铁基-3-(4-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(2)和1-二茂铁基-3-(5-氯噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(3);采用1H NMR、13C NMR和HR-MS对化合物1～3进行了结构表征,并测定了其热学性质;运用密度泛函理论方法进行结构优化,并计算得到了它们的分子轨道能量和极化率;采用紫外-可见吸收光谱与Z-扫描技术(532nm,180fs)分别测定了三种化合物的线性和非线性光学性质。结果表明,化合物1～3的紫外吸收波长发生明显红移,且1的非线性吸收幅度、极化率和分子超极化率最大; 1、2和3均存在分子内电荷转移现象,表现出超快三阶非线性光学响应。     

理论研究连接方式对低聚(3-己基噻吩)结构和电子光谱的影响

用密度泛函理论优化了不同连接方式的低聚(3-己基噻吩)((3HT)n,n=2~8)异构体的几何结构,并得到了相对能量,接着用含时密度泛函理论计算了不同异构体的垂直激发能,并优化了(3HT)8第一激发态的几何结构.结果表明,不同连接方式异构体的相对能量接近,但它们的轨道能级和垂直激发能差异都较大;第一激发态比基态共平面性更好.     

共轭性对7-吡啶吲哚类衍生物的结构与电子光谱性质的影响

运用密度泛函理论(DFT)方法对7-吡啶吲哚衍生物的结构及电子光谱性质进行了理论研究.在B3LYP/6-31G(d)水平上得到了7-吡啶吲哚(M)以及5种共轭衍生物(a-e)的几何构型、电子布局以及前线分子轨道;应用含时密度泛函理论(TD-DFT)在B3LYP/6-31+G(d)水平上计算了5种衍生物的电子光谱性质.结果表明,共轭体系的π键成分增大,能级差减小,激发能降低,分子的最大激发波长向长波方向移动,即发生红移.但是,如果分子中的空间位阻增大,则共轭程度降低,发生蓝移.前线分子轨道分析表明该类化合物吸收光谱主要对应分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π-π*跃迁.为新型含吲哚基团的光电功能材料的设计合成提供了理论参考.     

基于二酮基吡咯并吡咯的π-共轭分子的有机太阳能电池给体材料的设计与理论研究

本文设计了系列基于二酮基吡咯并吡咯(DPP)的有机小分子太阳能电池(OSCs)给体材料.设计的分子结构中，2个DPP分子片段作为2个端基通过不同的芳香杂环π-桥相连接.利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法研究了所设计化合物的电子和光学性质.研究结果表明，在分子中引入不同的π-桥可以有效调节设计分子的前线分子轨道能量、能隙和吸收光谱，但是对几何结构影响很小.所设计化合物1-8均在近红外光谱区具有强吸收和窄能隙，这有利于提高有机太阳能电池的短路电流和光吸收效率.前线分子轨道分析发现，化合物1-8具有较低的最高占据轨道能级，可提高有机太阳能电池的开路电压.化合物1-3,5和7的前线分子轨道能级与典型富勒烯受体材料相匹配，可选用PCBM,bisPCBM和PC₇₁BM作为受体材料；而化合物4,6和8则应考虑选用其他的太阳能电池受体材料.结果表明，所设计的分子可作为性能优良的OSCs给体材料，为开发和利用太阳能电池给体材料提供理论依据.     

离子液体支载的二醋酸碘苯氧化邻羟基芳香酮合成苯并呋喃酮

以离子液体支载的二醋酸碘苯{1-(4-二乙酰氧基碘苯甲基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,简称[dibmim]+[BF4]-}为氧化剂,在氢氧化钾的甲醇溶液中氧化邻羟基芳香酮,合成了苯并呋喃酮衍生物,其结构经1H NMR,13C NMR,IR,MS和元素分析表征.[dibmim]+[BF4]-与二醋酸碘苯相比,具有更强的氧化性.推测了可能的反应机理.