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.     

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.}     

给、吸电子基团封端对低聚9,9 -螺双芴光电性质的改进

采用密度泛函理论(DFT)-B3LYP/6-31G(d)方法研究了给、吸电子基团对称和不对称封端对9,9 -螺双芴光电性质的影响. 全优化得到了9,9 -螺双芴封端前后各分子的稳定构型, 分析了各种封端系列的HOMO-LUMO能隙. 结果表明, 以给电子基团噻吩和吸电子基团噁二唑不对称封端作用于9,9 -螺双芴, 能使LUMO能量大幅降低, HOMO能量略有升高, 能隙明显变窄. 不对称封端低聚9,9 -螺双芴分子[T(SBF)_nO, n＝1～4]在相同计算水平下的全优化结果表明吸、给电子基团的电荷比随n的增大而递增, 揭示了给、吸电子基团间存在分子内电荷转移(ICT), 且这种电荷转移在低聚物中得到加强. 计算得到的电离势、电子亲和势、空穴抽取能、电子抽取能和重组能等相关能量, 证明了在主链上形成的载流子传输通道提高了空穴和电子传输的能力. 用TD-DFT和ZINDO方法计算了T(SBF)_nO (n＝1～4)的吸收光谱, 随着n的增大而激发光所需的能量减小, 光谱红移, 吸收强度增大|用CIS/6-31G(d)方法优化得到了不对称封端9,9 -螺双芴S₁激发态构型, 结果表明, 激发态的平面化程度比基态高.     

3,6-和2,7-咔唑衍生物单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法以及ZINDO/SDCI方法计算3,6-和2,7-咔唑衍生物的分子平衡几何结构、电子结构及单光子和双光子吸收性质.乙烯基吡啶取代基的位置影响分子的单光子和双光子吸收性质.与3,6-咔唑衍生物相比,2,7-咔唑衍生物的单光子吸收波长红移,振子强度增大;双光子吸收波长红移,双光子吸收截面增加.结果表明,2,7-咔唑衍生物是更好的双光子吸收材料.     

线型和星型平面噻吩类低聚物衍生物分子结构及光电性质研究

运用密度泛函DFT B3LYP／6-31G(d)方法对线型(a)和星型(b)平面噻吩类低聚物衍生物分别进行了几何构型优化,并采用含时密度泛函TD-DFT B3LYP／6-31G(d)方法计算了其紫外吸收光谱．计算结果表明:用TD-DFT．方法计算体系的紫外吸收光谱值与实验数据吻合;通过对噻吩类低聚物衍生物分子几何结构和前线分子轨道能级的分析,并从理论上解释了线型(a)和星型(b)衍生物光谱性质的差异:后者与前者相比较吸收光谱发生红移,这是由于星型结构使其相应HOMO能级升高,电离能(IP)降低,成为很好的电子给体和空穴传输材料．     

硅杂环戊二烯衍生物电子结构与光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法, 对2,5位取代的硅杂环戊二烯(Silole)系列衍生物进行几何结构优化, 通过计算得到电离能、电子亲和势、空穴抽取能及电子抽取能等相关能量, 并使用TD-DFT方法研究其吸收光谱, 分析相关能量及光谱的变化规律. 采用单组态相互作用(CIS/6-31G*)方法优化得到它们的最低单重激发态(S1)结构, 在此基础上, 使用TD-DFT方法计算对应的发射光谱. 分析2,5位芳基取代硅杂环戊二烯衍生物(DADPS)激发态与基态的结构差异及原因, 研究前线分子轨道的分布情况, 并讨论发光特征及载流子传输性能. 研究结果表明, 激发态结构弛豫主要发生在Silole环和直接与2,5位芳基相连的部位; 前线轨道主要分布在Silole环和2,5位芳基上; 二吡咯取代物有望成为空穴传输材料, 二噻吩取代物和二呋喃取代物有望在发光器件中表现出较高的发光效率.     

双咔唑间连接方式不同引起的结构和性质变化的理论研究

利用密度泛函方法(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)方法, 在6-31G(d,p) 基组水平下优化了咔唑分子和14种双咔唑结构异构体的基态和激发态结构, 在此基础上, 用含时密度泛函(TD-DFT)方法在相同基组水平下计算了模型分子的吸收和发射波长及电荷跃迁性质. 讨论了双咔唑构型的变化带来的性质上的变化, 与实验值相比得到了精确的计算结果. 通过双咔唑的前线轨道能量值、电离能和亲和势及重组能的变化, 全面研究了不同构型的应用, 为实验上的设计和合成提供了思路.     

芴-硫芴共聚物的电子结构和光谱性质的理论研究

用DFT-B3LYP方法对低聚物(PF30T)_n [n(芴)∶n(硫芴)＝2∶1, 物质的量之比, n＝1～4], (PF50T)_n [n(芴)∶n(硫芴)＝1∶1, 物质的量之比, n＝1～4]体系全优化, 得到两系列低聚物的电离能(IP_(a,v))、电子亲和势(EA_(a,v))、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP). 在此基础上用ZINDO和TD-DFT方法计算吸收光谱, 分析了两个系列的HOMO-LUMO能隙随着n递增的变化趋势及硫芴含量对低聚物电子结构和光谱性质的影响, 推断了高聚物的电子和光谱性质. 用ab initio CIS方法优化了低聚物的S₁激发态结构并分析了其与发射光谱的关系. 研究显示: 2,8位引入的硫芴基团, 破坏了链的共轭, 而且随着硫芴含量的增加, HOMO-LUMO能隙变大, 光谱蓝移; 激发态结构趋于共面化.     

2,7'-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉及其金属有机配合物的密度泛函和自然键轨道理论计算

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G水平上对2,7'-(乙烯基)-二-8-羟基喹啉(2,7'-Ethq2)及其3种金属M(M=Zn,Mg,Be)有机配合物M(2,7'-Ethq2)2的结构进行了全优化,并用ZINDO和TDDFT方法计算了它们的吸收光谱.同时,利用自然键轨道理论(NBO)对分子内氢键进行了分析.结果表明,光谱计算值与实验值基本符合,该类化合物均具有较大的电子亲和能,改变中心金属原子对配合物吸收光谱性质影响不大.和2,7'-Ethq2相比,M(2,7'-Ethq2)2的吸收光谱产生明显红移.2,7'-Ethq2及其M(2,7'-Ethq2)2分子内存在较强的氢键,氢键与环上的碳原子形成五元环,分子内氢键的存在使分子的稳定性增加.     

联苯桥联的聚对苯乙烯撑齐聚物基态、激发态的结构与光电性能

用密度泛函理论(DFT)和单激发(CIS)方法分别对几种联苯桥联的聚对苯乙烯撑(PPV)齐聚物分子的基态结构和激发态结构进行全优化, 得到基态与激发态分子的最优几何构型和前线分子轨道, 并用半经验ZINDO(Zerner's intermediate neglect of differential overlap)和含时密度泛函(TD-DFT)方法分别计算了各自的吸收光谱和发射光谱, 分析了随着联苯链的增长前线分子轨道能级和能隙的变化以及对光电性能的影响. 结果表明, 联苯链的加长对吸收和发射性质影响不大, 但在分子结构上由于PPV 齐聚物(发光中心)链间交叉链内扭曲的构象越来越明显, 降低了分子的平面性和对称性, 减弱了这类共轭分子在固体中的π-π堆积作用, 这可能是减少荧光猝灭效应, 提高固体发光器件荧光量子效率的主要原因.     

聚苯类共轭聚合物的重复单元连接方式对禁带宽度的影响

采用DFT/B3LYP方法对低聚物(p- P)2n、(m- P)2n、(m- P1)n和(m- P2)n(n=1~4)体系进行了全优化, 并用ZINDO, TD- DFT方法计算其吸收光谱性质. 分析了各系列HOMO- LUMO能隙、最大吸收波长随n递增的变化规律. 根据低聚物的上述结果外推得到聚合物的性质, 并由此计算了聚合物的有效共轭长度(ECL). 由于间位连接方式的影响, 削弱了间位聚苯及其衍生物的有效共轭程度, 与对位聚苯比较, 能带带隙变宽, 吸收光谱蓝移约130 nm.     

3-(3’-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物基态和激发态性质

用密度泛函B3LYP方法对3-(3’-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物(芳基为苯基、3-吡啶基和苯乙烯基)进行基态几何构型全优化, 计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量, 并用Zerner间略微分重叠(ZINDO)和含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱, 用单组态相互作用方法(CIS)优化三种化合物分子的S1激发态结构, 分析其能量与发射光谱的关系, 计算溶剂中分子的吸收和发射光谱, 并与实验结果对照. 计算结果表明, 从3-(3’-吡啶基)-6-苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物A)到3-(3’-吡啶基)-6-(3’-吡啶基)-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物B)以及3-(3’-吡啶基)-6-对乙烯苯基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子(化合物C)的电子亲和势依次增大, 愈来愈容易接受电子, 吸收光谱和发射光谱红移.     

Theoretical Study on the Optical Properties for 2,7- and 3,6-Linked Carbazole Trimers by Time-dependent Density Functional Theory

Electronic properties, such as HOMO and LUMO energies, band gaps, ionization potential (IP) and electron affinity (EA) of 2,7- and 3,6-linked carbazole trimers, two conjugated oligomers with different linkages of carbazole, were studied by the density functional theory with Becke-Lee-Young-Parr composite exchange correlation functional (B3LYP). The absorption spectra of these compounds were also investigated by time-dependent density functional theory (TD-DFT) with 6-31G* basis set. The calculated results indicated that the HOMO and LUMO of the 2,7- and 3,6-linked carbazole trimers are both slightly destabilized on going from methyl substitution to sec-butyl substitution. Both IP and EA exhibit their good hole-transporting but poor electron- accepting ability. The presence of alkyl groups on the nitrogen atoms does not affect the intra-chain electronic delocalization along the molecular frame. Thus no significant effect on the band gap and absorption spectra of compounds has been found.     

Optical absorption and emission properties of fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, and their derivatives. A DFT study

Fluoranthene and benzo[k]fluoranthene-based oligoarenes are good candidates for organic light-emitting diodes (OLEDs). In this work, the electronic structure and optical properties of fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, and their derivatives have been studied using quantum chemical methods. The ground-state structures were optimized using the density functional theory (DFT) methods. The lowest singlet excited state was optimized using time-dependent density functional theory (TD-B3LYP) and configuration interaction singles (CIS) methods. On the basis of ground- and excited-state geometries, the absorption and emission spectra have been calculated using the TD-DFT method with a variety of exchange-correlation functionals. All the calculations were carried out in chloroform medium. The results show that the absorption and emission spectra calculated using the B3LYP functional is in good agreement with the available experimental results. Unlikely, the meta hybrid functionals such as M06HF and M062X underestimate the absorption and emission spectra of all the studied molecules. The calculated absorption and emission wavelength are more or less basis set independent. It has been observed that the substitution of an aromatic ring significantly alters the absorption and emission spectra.     

7-氮杂吲哚衍生物分子基态和激发态性质的理论研究

用从头算HF和密度泛函B3LYP方法对7-氮杂吲哚衍生物1,3-二(N-7-氮杂吲哚基)苯、1,3,5 三(N-7-氮杂吲哚基)苯和4,4′-二(N-7-氮杂吲哚基)联苯进行全优化, 计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量, 并用ZINDO和TDDFT方法计算吸收光谱, 用CIS优化三种化合物分子的S1激发态结构, 并分析其能量与发射光谱的关系, 计算溶剂中分子的吸收和发射光谱, 并与实验结果对照. 计算结果表明, 从7-氮杂吲哚到上述三种衍生物依次愈来愈容易接受空穴, 吸收和发射光谱红移.     

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.