低聚芴及其衍生物吸收和发射光谱性质的量子化学研究

用DFT/B3LYP方法对低聚物(PF)_2n和(PFDBO)_n(n=1-4)体系进行了全优化,计算得到两个系列低聚物的电离能P_I(v,a)、电子亲和势E_A(v,a)、空穴抽取能E_{HP和电子抽取能EEP等相关能量,并用ZINDO和TD-DFT方法计算其吸收光谱,分析了两系列总能量和HOMO-LUMO能隙随n递增的变化规律及对低聚物稳定性和光谱性质的影响,推断高聚物的发光性质.用CIS方法优化低聚物的S1激发态结构并分析其与发射光谱的关系.计算结果表明,这两个系列低聚物激发态结构中都有使所有骨架原子共平面的趋势.由于插入CH2OCH2,使PFDBO的七元环部分发生较大的扭曲(两个苯环间成42.5°±0.5°的二面角),致使有效共轭链被破坏、能带带隙变宽、吸收发射光谱波长变短.}     

9,9’-螺双芴的光电性能

采用密度泛函理论(DFT)-B3LYP/6-31G(d)方法对9,9'-螺双芴低聚物[(SBF)n(n=1-4)]体系进行全优化, 得到各分子的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能量及HOMO-LUMO能隙, 结果表明各分子整体表现出很好的共轭性质. 并在分子的阳离子和阴离子状态的优化结构基础上, 计算得到电离势(IP)、电子亲和势(EA)、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP)和重组能等相关能量. 利用单激发组态相互作用(CIS)/3-21G方法优化得到9,9'-螺双芴单体的S1激发态的几何构型. 用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算得到了分子吸收光谱和荧光光谱的相关数据. 随着聚合长度的增加, 能隙变窄, 空穴注入和电子转移的能力都相应提高, 吸收光所需能量减小, 吸收强度(f)增大, 光谱红移. 采用线性外推法, 利用低聚物分子的各种性质与聚合度n之间的关系, 得到高聚物的相应性质.为考察9位螺芴化的影响, 将(SBF)n的相关性质与母体芴的低聚物[(FL)n(n=1-4)]进行比较, 由两者的计算结果对比显示, 在芴的9位螺芴化可以提高电子和空穴的传输能力, 并同时保留芴优良的发光性质.     

9,9′-螺双芴的光电性能

采用密度泛函理论(DFT)-B3LYP/6-31G(d)方法对9,9'-螺双芴低聚物[(SBF)_n(n=1-4)]体系进行全优化,得到各分子的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能量及HOMO-LUMO能隙,结果表明各分子整体表现出很好的共轭性质.并在分子的阳离子和阴离子状态的优化结构基础上,计算得到电离势(IP)、电子亲和势(EA)、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP)和重组能等相关能量.利用单激发组态相瓦作用(CIS)/3-21G方法优化得到9,9'-螺双芴单体的S_1激发态的几何构型.用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算得到了分子吸收光谱和荧光光谱的相关数据.随着聚合长度的增加,能隙变窄,空穴注入和电子转移的能力都相应提高,吸收光所需能量减小,吸收强度(f)增大,光谱红移.采用线性外推法,利用低聚物分子的各种性质与聚合度n之间的关系,得到高聚物的相应性质.为考察9位螺芴化的影响,将(SBF)_n的相关性质与母体芴的低聚物[(FL)_n(n=1-4)]进行比较,由两者的计算结果对比显示,在芴的9位螺芴化可以提高电子和空穴的传输能力,并同时保留芴优良的发光性质.     

基于苯并噻二唑和硅芴的一系列红光材料的载流子传输性质及荧光性质(英文)

用密度泛函理论(DFT)方法研究了基于苯并噻二唑和硅芴的一系列聚合物的基态和激发态结构、传输和荧光性质.聚合物的能隙、电离能、电子亲和势、最低激发能以及吸收光谱通过外推法得到.结果表明空穴、电子注入和传输性质受苯并噻唑在硅芴上的位置以及正丁基在噻吩上的位置影响很大.(SiF2-DHTBT1-m)n和(SiF1-DHTBT1-m)n(SiF和DHTBT分别代表硅芴和4,7-二(2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑)表现出较好的空穴和电子注入性质,而(SiF1-DHTBT1-o)n和(SiF1-DHTBT1-p)n的电荷注入性质较差.除(SiF1-DHTBT1-o)n外,聚合物的荧光光谱处于红光范围.     

3,9-咔唑聚合物基态和激发态性质的理论研究

用密度泛函B3LYP方法对3,9-咔唑低聚物[(3,9-carbazole)n(n=1,2,3,4,6,8)]体系进行了全优化, 计算得到电离能、电子亲合势、空穴抽取能及电子抽取能等相关能量, 用ZINDO和TD-DFT方法计算得到吸收光谱; 分析了各种能量的变化及光谱规律. 用外推法由低聚物分子的各种性质与聚合度n相联系得到高聚物的性质, 将所得结果与2,7-咔唑(2,7-carbazole)及类似聚合物进行了比较分析. 结果表明, 3,9位聚合的咔唑整体共轭程度降低, 光谱蓝移, 其IP值和聚芴相近, 可以作为空穴接受材料应用于多层电子荧光器件的空穴传输层. 用CIS方法进行优化得到部分分子的S1激发态结构, 用ZINDO和TD-DFT方法得到对应的发射光谱.     

低聚1,4-苯乙烯撑及其衍生物的结构和吸收光谱的理论研究

用B3LYP/6-31G对低聚物(PV)_n (PV＝1,4-phenylene vinylene, n＝2～8)和(PVSD)_n (PVSD＝2-(1,4-phenylene vinylene)-10-vinylene-spirocyclohexane-1,6-dibenzo[d,f](1,3)dioxepin, n＝1～4)体系进行了全优化并分析其结构特点, (PV)_n (n＝2～8)体系的结构中所有相邻C原子间形成的二面角均小于1°, 即所有原子有共面的趋势. 而在(PVSD)_n (n＝1～4)体系中低聚物的七元环处有较大的二面角, 约38°, 即在此处结构存在较大的扭曲. 这种扭曲结构对其光谱性质有较大的影响. 在优化结构的基础上分析了两系列低聚物的HOMO-LUMO能隙随n递增的变化规律和对光谱性质的影响, 推断高聚物的发光性质. 同时用ZINDO, TD-DFT方法计算这两系列低聚物的能隙和吸收光谱, 并将低聚物的这些性质与链长的倒数作图外推得到相应的高聚物的能带隙和吸收光谱最大吸收波长. 根据外推能带的曲线估算了聚合物的有效共轭链长. 结果说明, 在(PVSD)_n (n＝∞)中的扭曲结构特点导致其相对(PV)_n (n＝∞)的有效共轭链长变短, 能带隙变宽, 吸收光谱蓝移.     

新型低带隙聚合物结构和性质的理论研究

本文将3,4-次乙烯二氧噻吩（VDOT）与噻吩并[3,4-b]吡嗪（TP）,呋喃并[3,4-b]吡嗪（FP）和6H-吡咯并[3,4-b]吡嗪（PP）组合,获得了一系列3,4-次乙烯二氧噻吩衍生物.采用密度泛函理论（DFT）在B3LYP/6-31G＊理论水平下对其单体、低聚物和聚合物的结构和电子性质进行了深入的理论研究.通过分析键长的变化、中心键性质,Wiberg键级（WBI）以及核独立化学位移,发现随着聚合度的增加物质的共轭性也随之增加.为了了解不同的VDOT与TP、FP、PP比例对电子性质的影响,对V-P比例为1：1、1：2和2：1时的计算结果进行了对比分析,结果表明,V-P比例为1：2化合物共轭性最好,而2：1的共轭性最差.由于1：2的二聚物具有较大的电子迁移速率,其相应的聚合物可能是潜在的电子传输材料.同时,聚合物的能带结构显示V-P比例为1：1的聚合物（包括（VDOT-TP）n,（VDOT-FP）n和（VDOT-TP）n）具有相对低的带隙和很宽的带宽,可以做为潜在的导电材料.另外,（VDOT-BTP）n和（VDOT-BFP）n有着非常低的带隙（分别为0.73和0.87eV）,且拥有合适的带宽,也是良好的本征导电材料.     

含磺酸根侧链的聚苯乙炔-吡啶类共轭聚合物的荧光传感性能

利用Sonogashira偶合反应合成了两种新的含磺酸根侧链的聚苯乙炔-吡啶类共轭聚合物P1, P2. 通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其光学性质及Cu^2＋传感检测进行了研究. 结果表明, 按一定比例嵌段引入吡啶环的聚合物P1能有效地改善共轭主链的刚性, 提高检测的灵敏度, 使共轭聚合物具有更优异的荧光化学传感性能. 在甲醇溶剂中, P1 的荧光能被Cu^2＋有效地猝灭, 相对单体模型分子PESO₃, 其响应信号扩大222倍.     

基于氟代异靛蓝并[7,6-g]异靛蓝的共轭聚合物的合成及其半导体性质

采用Stille缩聚,合成了3个异靛蓝并[7,6-g]异靛蓝(DIID)和乙烯单元交替排列的共轭聚合物P0F、P2F和P4F,三者在DIID单元中分别含0、2和4个氟原子(F).3个聚合物均具有良好的平面性,前线分子轨道几乎在整个共轭骨架上离域.它们均具有宽的吸收光谱,吸收范围在400~1000 nm,光学带隙约为1.25 eV;随着氟原子数目的增加,聚合物的最高占有分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)能级依次下降0.1~0.2 eV.以这3个聚合物作为活性层,制备了顶栅-底接触型有机场效应晶体管器件,随着氟原子数目的增加,聚合物的传输性质由双极传输变为n型传输.P0F和P2F是双极传输型聚合物,空穴迁移率(μ_h)分别达到0.11和0.30 cm~2 V~(-1) s~(-1),电子迁移率(me)分别达到0.22和1.19 cm~2 V~(-1) s~(-1).P4F是n型聚合物,me达到0.18 cm~2 V~(-1) s~(-1).     

二芴及其衍生物的结构优化、前线轨道及其性质的理论研究

采用DFT/B3LYP方法对系列二芴体系进行了全优化, 对其结构特征进行对比. 在此基础上, 得到各分子的最高占据轨道和最低空轨道能量关系及HOMO-LUMO能隙, 并分析其能隙与导电性的关系及预计其光谱特征. 对各分子的相关热力学性质进行了研究. 热力学参数表明各分子均较稳定, 其中化合物DFBT最稳定. 采用ZINDO和TD-DFT方法计算其吸收光谱, 分析结构特征对光谱性质的影响. 二芴中插入共轭程度高的结构后, 分子的共轭程度增加; HOMO-LUMO能隙变窄; 最低激发能降低, 导电性增强; 吸收光谱红移. 而接入扭曲的结构后, 共轭程度降低; HOMO-LUMO能隙变宽; 最低激发能有所升高, 导电性下降; 吸收光谱蓝移.     

基于吡咯并吡咯二酮和苯并噻二唑聚合物的合成及其近红外电致变色性能

给-受体型窄带隙聚合物是一类新型可见-近红外电致变色材料,虽然可调性强、颜色丰富,但是其电致变色性能如对比度、稳定性等需要进一步提高。 通过调节聚合物中构筑单元吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BTZ)和噻吩(T)的比例(n(DPP):n(BTZ):n(T)分别为1:0:1、1.5:0.5:1、2:1:1和3:2:1),合成了4种新型窄带隙电致变色聚合物,研究聚合物结构和电致变色性能的关系。 研究发现,这类聚合物在近红外光谱区具有较高的对比度(ΔT:50%60%)和变色效率(CE:300600 cm²/C),尤其是在1550 nm处,聚合物P3的ΔT高达63%、P4的CE高达471 cm²/C。 相比之下,含有BTZ基团的聚合物的吸收更长、对比度更高且更稳定。 这为设计给-受体型高性能电致变色聚合物提供了新的思路。     

聚间亚苯亚乙烯的性能研究

自1990年Burroughes等首次报道聚对亚苯亚乙烯的电致发光以来,由于电致发光高分子材料在平面显示(特别是大面积显示)方面具有其他显示材料难以比拟的优势,因而近年来受到人们的广泛关注,在合成方法、加工性能、发光颜色的调控以及器件性能等多方面取得显著进展,不     

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATIONS OF NEAR INFRARED ABSORBING POLYMERS

A series of near infrared (NIR) absorbing dinuclear ruthenium dicarbonylhydrazine complexes (DCH-Ru),[{Ru(bpy)_2)_2μ-DCH]~(n ) (where bpy = 2,2'-bipyridinc and n = 2, 3 or 4), were prepared. The DCH-Ru complexes areelectrochromic in the NIR region with a high absorption coefficient at 1550-1600 nm typically over 10000 M~(-1)cm~(-1). DCH-Ru complex polymers with good NIR electrochromic properties were also obtained and processed to make a device foroptical attenuation at a wavelength of 1550 nm. The potential of these DCH-Ru polymers for use in a variable opticalattenuator has been demonstrated with an attenuating power at the 1550-nm telecommunication wavelength over 7.0 dB permicron of polymer film thickness. Other classes of NIR active materials are the pentacenediquinones and the correspondingpoly(ether pentacenediquinone)s. These polymers can be electrochemically reduced to the corresponding semiquinone(radical anion) having NIR absorption within a telecom window (e. g., 1310 nm).     

含噻吩单元的间苯共聚物及其电致发光性能

采用NiCl2催化的Yamamoto缩聚反应将不同比例的含噻吩单体与间苯单体共聚,合成了聚(5-(2-乙基己氧基)-1,3-苯撑-co-(2,5-二苯撑-4-基-噻吩))(PmP-DPT),并测试了4种不同比例共聚物的紫外-可见光吸收光谱,光致发光光谱和LED器件的电致发光光谱,系统地表征了共聚物的光电性能。结果表明,噻吩的加入形成了新的发光中心,实现了从间苯链段到含噻吩发光中心的有效能量转移,当噻吩摩尔分数约为1%时,可得到效率为0.47%的色坐标(CIE)为0.17和0.13的蓝光PLED器件。当噻吩摩尔分数为10%时,可得到效率为2.59%的色坐标(CIE)为(0.21,0.36)的蓝绿光PLED器件。     

芴与苯并硒化二唑共聚物的电子结构和光谱性质的理论研究

用密度泛函B3LYP方法对低聚体(DEF-BSeD)n(n=1~4)[其中9,9二乙基芴(DEF)单元与苯并硒化二唑(BSeD)单元的摩尔比分别为1∶1和2∶1]进行全优化, 计算电离能(PI)、电子亲和势(EA)和能隙(ΔH-L), 在基态结构的基础上用TD-DFT和ZINDO方法计算激发能和电子吸收光谱, 并利用外推法得到高聚物的相应性质. 从外推结果看出, 随着聚合物中BSeD比例的增大, 聚合物的最低单激发能呈减小的趋势, 最大电子吸收光谱红移. 用CIS方法优化得到单体的S1激发态结构, 计算结果表明, 激发态的结构更趋近于平面构型.     

Preparation of Poly(p-Phenylene), Poly(m-Phenylene), and Poly(2,5-Thienylene) Via Electron Transfer from Aryl Grignard Reagents to 2,3-Dichloropropene

Three polymers including poly(p-phenylene), poly(m-phenylene), and poly(2,5-thienylene) were synthesized in good yields from the corresponding aryldimagnesium bromide with two equiv of 2,3-dichloropropene. The polymerization process involving electron transfer from the Grignard reagent to 2,3-dichloropropene is proposed.     

Synthesis of conjugated polymers with pendant ruthenium terpyridine trithiocyanato complexes and their applications in heterojunction photovoltaic cells

Two conjugated polymers based on poly(phenylenethiophene) and poly (fluorenethiophene) main chain functionalized with pendant trithiocyanato ruthenium terpyridine complexes were synthesized by the Suzuki coupling reaction. The ruthenium complexes can extend the absorption band to longer wavelength and enhance the photosensitivity in this region. The polymers exhibit very broad absorption band spanning from 400 to 750 nm due to the presence of π‐conjugated system and the ruthenium complexes. Such enhancement in optical absorption enables the utilization of solar light in the near IR region. By space charge limited current modeling, the hole carrier mobilities of the polymers were calculated to be in the order of 10^?4 cm² V^?1 s^?1, which greatly facilitate the transport of charges after the separation of excitons. Heterojunction photovoltaic cells with simple structure ITO/polymer/C₆₀/Al were fabricated. Under simulated AM1.5 solar light illumination, the short circuit currents, open circuit voltages, and power conversion efficiencies of the photovoltaic cells were measured to be 1.53–2.58 mA cm^?2, 0.12–0.24 V, and 0.084–0.12%, respectively. Deposition of PEDOT:PSS on ITO surface did not show significant difference in device performance. Plot of incident photon to charge efficiency as the function of wavelength suggests that absorption by both conjugated main chain and ruthenium complex are essential to the photocurrent generation. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 46: 1305–1317, 2008     

Vibronic structures in the electronic spectra of oligo(phenylene ethynylene): effect of m-phenylene to the optical properties of poly(m-phenylene ethynylene)

At the low temperature, hidden vibronic structures are successfully resolved in the absorption and emission spectra of oligo(phenylene ethynylene)s 3-5. Identification of the hidden bands allows estimation of the vibrational energy gaps in these molecules, which appears to increase with the oligomer conjugation length. The remarkable similarity between the absorption profiles of diphenylacetylene (3) and 1,3-bis(phenylethynyl)benzene (5), especially at -198 degrees C, confirms the effectiveness of conjugation interruption at m-phenylene. The function of precise conjugation length control via m-phenylene is further demonstrated from poly(m-phenylene ethynylene) (PmPE) (6). Even though the number of recurring unit (phenylene ethynylene) increases from 2 (for 5) to 12 (for 6), the absorption and emission spectra of the latter are nearly identical to that of the former.     

三苯基吡啶-芴交替共轭聚合物的合成与光致发光性能研究

通过Suzuki偶合反应得到了两种间位连接的三苯基吡啶同分异构体和9,9-二辛基芴的交替共聚物PFOTPP1和PFOTPP2.并对它们的紫外-可见吸收光谱、光致发光光谱以及电化学性能等进行了初步研究.结果表明,将间位连接的三苯基吡啶基引入聚芴主链能使聚合物的LUMO能级降低,光致发光光谱发生蓝移,得到了两种有望应用于电致炼光发光器件的共轭聚合物蓝光发光材料.