吐昔烯衍生物分子的电子光谱与非线性光学性质

采用含时密度泛函理论(TDDFT)B3LYP对5个吐昔烯及其衍生物分子的吸收光谱进行理论计算。结果表明,该5个分子的吸收波长在281—307 nm范围内,属于近紫外区。使用有限场(FF)方法理论计算5个化合物分子的非线性光学(NLO)性质。结果显示,吐昔烯分子引入烷氧基将明显增大二阶和三阶非线性光学性质（b0和 值）,此类化合物分子的三阶非线性光学性质明显优于二阶非线性光学性质。     

噻二唑衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

含噻二唑环偶氮类芳香有机化合物具有良好的有机非线性光学性能.采用密度泛函理论B3LYP方法和6-311++G(d,p)基组对6个噻二唑衍生物分子进行结构优化与频率计算,运用含时密度泛函理论对其吸收光谱进行理论计算,采用有限场方法及自编程序计算其三阶非线性光学性质(NLO).结果表明,6个分子的吸收波长在361~383nm范围内,属于近紫外区.组成噻二唑衍生物分子的羟基苯环与噻二唑环均不共面,-CH3或Cl引入到羟基苯环的邻、间、对位后,其共面程度与三阶NLO系数γ均按邻、间、对位取代递减.同一位置,引入-CH3比引入Cl原子的三阶NLO系数γ大.因此,在羟基苯环的邻位引入较强的供电子基,可以设计成为良好的三阶非线性光学材料.     

吐昔烯衍生物的电荷传输性质

使用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平理论研究吐昔烯(TR)及含不同支链的7个衍生物分子的电荷传输性质。结果表明,吐昔烯及其7个衍生物的空穴传输速率常数在2.71×1012 s-1到1.80×1013 s-1之间,介于六氮杂苯并菲109 s-1和苯并菲1013 s-1之间。8个分子的电子传输速率常数位于1.16×1012 s-1到7.48×1012 s-1之间,大于苯并菲1011 s-1,小于六氮杂苯并菲1013 s-1。在吐昔烯刚性盘上引入羟基和烷氧基,没有改变空穴和电子传输速率常数的数量级。我们计算得到TR(OH)3(OC8H17)3和TR(OC5H11)3的空穴传输速率分别为9.74×10-2 cm2.v-1.s-1和3.78×10-1 cm2.v-1.s-1,与实验测得的两个化合物TR(OH)3(OC10H21)3和TR(OC8H17)3的空穴传输速率接近。     

吐昔烯衍生物分子的电荷传输性质

根据爱因斯坦方程和Marcus电荷传输模型, 使用密度泛函理论B3lyp/6-31g^**理论水平计算6 个吐昔烯衍生物分子的结构和电荷传输性质. 结果显示: 6个吐昔烯的衍生物分子的空穴迁移速率为0.018–0.062 cm²·V^-1·s^-1, 电子迁移率为0.055–0.070 cm²·V^-1·s^-1, 其中3, 8, 13-辛烷氧基吐昔烯衍生物分子适合作为双极性传输材料. 三条烷氧基链的吐昔烯衍生物分子上引入三个甲氧基或羟基, 均使空穴和电子传输率降低. 引入给电子基团或共轭性基团可减小吐昔烯衍生物分子的能隙, 达到有机半导体的能隙要求. 关键词： 吐昔烯衍生物 空穴传输 电子传输 有机半导体     

四苯基卟啉类化合物电子光谱和三阶非线性光学性质的理论研究

在B3LYP/6-31+G~*水平计算四个5,10,15,20-四苯基卟啉类化合物的电子光谱和三阶非线性光学性质.结果表明,电子的最大吸收波长在580nm左右,属于可见光区,源于卟啉内HOMO到LUMO的π→π*的电子跃迁.供电子基团的引入将增加电子云密度,致使三阶非线性光学性质增大.吸电子基的引入使卟啉环上的电子云密度减小,导致三阶非线性光学性质减小.含双键或三键的吸电子基团使电子云密度增大,致使三阶非线性光学性质增大.     

烷氧链链长对吐昔烯电荷传输性质的影响

吐昔烯衍生物的盘状液晶分子,在有机电子材料领域被用作光导材料和载流子传输材料。使用电子转移的Marcus模型,在B3LYP/6-31G**水平上研究了5个含三条烷氧链(n=1,3,5,8,10)的吐昔烯衍生物分子的电荷转移性质。计算表明,电荷转移矩阵元t是影响分子电荷转移的主要因素。5个分子中,随烷氧链长度(n)增大,空穴、电子传输重组能的变化范围分别为16~19 kJ/mol和26~ 30 kJ/mol。空穴传输矩阵元t+减小超过4倍,空穴传输载流子迁移率μ+减小超过3个数量级。电子传输矩阵元t-增大幅度不大,电子传输载流子迁移率μ-增大2倍,表明烷氧链增长不利于空穴传输,有利于电子传输。     

烷氧链链长对吐昔烯电荷传输性质的影响

吐昔烯衍生物的盘状液晶分子,在有机电子材料领域被用作光导材料和载流子传输材料。使用电子转移的Marcus模型,在B3LYP/6-31G**水平上研究了5个含三条烷氧链(n=1,3,5,8,10)的吐昔烯衍生物分子的电荷转移性质。计算表明,电荷转移矩阵元t是影响分子电荷转移的主要因素。5个分子中,随烷氧链长度(n)增大,空穴、电子传输重组能的变化范围分别为16~19 kJ/mol和26~ 30 kJ/mol。空穴传输矩阵元t+减小超过4倍,空穴传输载流子迁移率μ+减小超过3个数量级。电子传输矩阵元t-增大幅度不大,电子传输载流子迁移率μ-增大2倍,表明烷氧链增长不利于空穴传输,有利于电子传输。     

不对称双席夫碱过渡金属配合物的电子光谱和非线性光学性质的理论研究

本文采用密度泛函理论中的M05方法对比研究了一类双席夫碱及其衍生物与金属Co、Ni和Cu配位后配合物的结构,非线性光学性质以及激发态性质.结果表明,Co配合物的三重态,Ni配合物的二重态以及Cu配合物的单重态为最佳稳定结构.通过最佳稳定结构计算得到的配合物非线性光学性质表明,三种金属配合物中Cu配合物表现出较高的一阶和二阶超极化率.通过对其激发态性质分析表明在配体苯环上引入甲氧基使电子跃迁种类减少,导致超极化率下降,非线性光学性质减弱.     

不对称双席夫碱过渡金属配合物的电子光谱和非线性光学性质的 理论研究

本文采用密度泛函理论中的M05方法对比研究了一类双席夫碱及其衍生物与金属Co、Ni和Cu配位后配合物的结构,非线性光学性质以及激发态性质. 结果表明,Co配合物的三重态,Ni配合物的二重态以及Cu配合物的单重态为最佳稳定结构. 通过最佳稳定结构计算得到的配合物非线性光学性质表明,三种金属配合物中Cu配合物表现出较高的一阶和二阶超极化率. 通过对其激发态性质分析表明在配体苯环上引入甲氧基使电子跃迁种类减少,导致超极化率下降,非线性光学性质减弱.     

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.     

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。     

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。     

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.     

取代基对8-羟基喹啉金属配合物电子光谱和二阶非线性光学性质的影响

在B3LYP/LANL2DZ/6-31G^*水平上优化目标化合物分子的几何结构,并分别在TD- B3LYP/LANL2DZ/6-31++G^**和B3LYP/LANL2DZ/6-31++G^**水平计算目标化合物分子的电子吸收光谱和二阶非线性光学性质.计算结果表明,引入共轭给电子基使配合物分子的最大吸收波长红移,强共轭吸电子基的引入使配合物的最大吸收波长蓝移,取代基的引入使IrQ₃型配合物的二阶非线性光学性质明显增大.对AgQ型配合物,电子跃迁属于配体内部的电荷转移（LLCT）.对PtQ₂和IrQ₃型配合物,电子跃迁属于LLCT和部分金属向配体的电荷转移.取代基对AgQ,PtQ₂,IrQ₃型配合物分子的跃迁性质几乎无影响. 关键词： 8-羟基喹啉金属配合物 电子光谱 二阶非线性光学性质 密度泛函理论     

层数调控磷烯能带与光学性质的研究

近年来,黑磷作为兼具石墨烯和过渡金属硫化物之长的新型二维材料而倍受关注.本文基于密度泛函理论,研究了不同厚度黑磷的电子结构与光学性质.结果表明,黑磷的性质与其厚度密切相关,可通过厚度调整实现能带与光学性质的可调控性.层间相互作用导致费米能级附近价带和导带的劈裂,是造成黑磷带隙随层数减小的根本原因.黒磷的静态折射率和静态反射率的大小均随层数的增大有增大的趋势,并且各层黑磷的反射峰均位于紫外光波段.黑磷对光的吸收涵盖了可见光到紫外光区域,对光的损失范围小于4eV.本文基于能带图和分波态密度图,从电子跃迁的角度分析了黑磷各项光学性质的变化情况,旨在为黑磷的带隙及光学性质层数可调控性提供理论依据.     

苯并菲衍生物盘状液晶分子的非线性光学与热力学性质

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平,计算并研究苯丙炔（烯）酸酯苯并菲盘状液晶分子的偶极矩、非线性光学性质、电子光谱和热力学性质.结果显示,该分子表现出良好的非线性光学性质,其二阶和三阶非线性光学系数分别为10⁴和10⁶a.u.数量级.其最低能量跃迁吸收波长分别为460和474nm,对应π到π*的电子跃迁.在温度298.15 K时,苯丙炔酸酯和苯丙烯酸酯苯并菲衍生物分子的标准摩尔生成焓分别为-7317.06和-1052.68 kJ·mo1^-1,标准摩尔生成自由能分别为-6186.91和117.00 kJ·mol ^-1.     

苯并菲衍生物盘状液晶分子的非线性光学与热力学性质

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平,计算并研究苯丙炔(烯)酸酯苯并菲盘状液晶分子的偶极矩、非线性光学性质、电子光谱和热力学性质。结果显示,该分子表现出良好的非线性光学性质,其二阶和三阶非线性光学系数分别为104和106 a.u.数量级。其最低能量跃迁吸收波长分别为460和474 nm,对应π到π*的电子跃迁。在温度298.15 K时,苯丙炔酸酯和苯丙烯酸酯苯并菲衍生物分子的标准摩尔生成焓分别为-7317.06和-1052.68 kJ.mol-1,标准摩尔生成自由能分别为-6186.91和117.00 kJ.mol-1。     

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.     

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。     

N、O、S及羰基掺杂吐昔烯衍生物的电荷传输性质

基于电子转移的Marcus模型,以3,8,13-三丙烷氧基吐昔烯(a分子)为母体,采用密度泛函理论方法,在M062X/6-31+G(d)水平计算研究吐昔烯刚性核上的三个亚甲基被氮原子、氧原子、硫原子及羰基取代后所得的b、c、d、e等5个衍生物分子的结构和电荷传输性质.计算结果表明,b、d、e等3个吐昔烯衍生物分子的最低能量吸收峰均发生一定程度的红移(吸收波长在279-292 nm范围);掺杂氮原子、硫原子后,空穴传输载流子迁移率(μ_+)与电子传输载流子迁移率(μ_-)均明显增大,但μ_+比μ_-增加的幅度更大,更有利于空穴传输.掺杂氮原子,空穴迁移速率(μ_+)和电子迁移速率(μ_-)减小;掺杂羰基后,电子迁移速率(μ_-)增大,有利于电子传输,可设计为较好的电子传输材料.