一种基于苯并噻二唑衍生物的F~-荧光探针分子的理论研究

用密度泛函理论研究了最近实验上合成的一种基于苯并噻二唑衍生物的F~-荧光探针(1)的性质.通过对相关化学反应热力学参数的计算,提出了1对F~-具有高选择性的可能原因;同时用含时密度泛函理论对电子吸收光谱和荧光发射光谱进行了理论计算,解释了实验光谱.     

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.     

电子传输材料噻二唑衍生物的密度泛函研究

用密度泛函B3LYP方法对7种3-(3'-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子进行全优化, 所有化合物都是平面分子. 计算了分子的垂直电子亲和势(VEA)、绝热电子亲和势(AEA)、分子内重组能以及绝对硬度等相关能量, 结果显示化合物的HOMO 与LUMO能级可通过连接不同取代基进行调节, 变化幅度为0.346～1.10 eV. 分子内重组能证实3-(4'-氰基-3'-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑是很有前途的电子传输材料, 不同取代基所对应的化合物分子内重组能也不同. 绝对硬度数据与分子内重组能都表明, 化合物E, G难于传输电子. 用TDDFT方法计算了化合物A, B和C的吸收光谱, 与实验值相比, 最大吸收峰的差值在3～10 nm之间.     

苯并菲衍生物的电荷传输性质

使用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平计算7个含6条烷氧基链的苯并菲衍生物分子的电荷传输速率。结果显示,引入手性C2H5CH(CH3)CH2O链和OC3H6CH=CH2、OC3H6C≡CH、OC2H4OCH CH2不饱和链的苯并菲分子,将通过改变电荷传输矩阵元来影响电荷传输性能。含2-甲基丁氧基手性基团的苯并菲衍生物,甲基同向堆积方式的空穴或电子传输速率最大。7个分子中空穴和电子传输速率最大值分别为5.58×10-2和4.55×10-2cm2·v-1·s-1。     

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.     

吲哚并咔唑类衍生物载流子传输性质的理论研究

以密度泛函理论结合跳跃模型, 重点研究了氯原子和烷基链的引入对吲哚并咔唑类衍生物传输性质的影响. 计算结果表明, 与吲哚并[3,2-b]咔唑(1)相比, 氯原子的引入增大了2,8-二氯吲哚并[3,2-b]咔唑(2)和2,8-二氯-5,11-二己基吲哚并[3,2-b]咔唑(3)的最高占据分子轨道(HOMO)的离域程度, 而对最低未被占据分子轨道(LUMO)则无显著贡献, 但明显降低了二者的能级. 上述结果表明, 对于LUMO, 氯原子体现了吸电子效应, 而对于HOMO, 氯原子体现了共轭效应. 烷基链的引入使化合物3的空穴迁移率明显高于化合物1和2, 这主要归因于化合物3具有更加紧密的分子堆积, 尤其在跳跃路径A中, 具有更大的分子间电子耦合和轨道重叠. 同时能带结构的计算结果进一步证明, 氯原子和烷基链的同时引入大大改善了吲哚并咔唑类衍生物的电荷传输性能.     

Au原子对并五苯传输性质影响的理论探讨

并五苯作为典型的空穴传输材料一直是人们研究的热点. 本文在密度泛函理论框架下结合Marcus理论重点讨论了并五苯-Au体系四种异构体的传输性质,从分子内重组能、转移积分和空穴传输速率三个角度研究了Au原子的引入对并五苯传输性质的影响. 计算结果显示,Au原子的引入使并五苯的重组能贡献主要由C-C单双键的伸缩振动转变为Au原子与并五苯之间的拉伸振动,并且这种拉伸振动随着Au原子从中心到边缘逐渐加强. 此外,Au原子的引入对分子间的转移积分也产生了一定的影响,造成了相对小的转移积分值,分析得出是由分子构型和轨道分布两方面共同作用的结果.     

4-(1,2-二苯基)乙烯基-4'-(NSV-二苯基-4-乙烯基苯胺基)联苯及其二氟取代衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对4-(1,2-二苯基)乙烯基-4'-(N,N-二苯基-4-乙烯基苯胺基)联苯(A)及其二氟取代衍生物(B-F)的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化,计算获得了电离势IP、电子亲和势EA等相关数据,并采用含时密度泛函(TD-DFT)方法计算了上述化合物的电子吸收和荧光发射光谱.研究结果表明,化合物A及二氟取代衍生物B-F在469-474 nm蓝光区域主发射峰的强度远远大于372-387 nm范围的次发射峰,说明此类化合物具有纯度较高的发射光谱;主链苯环上的二氟取代(B,C和D)使最低空轨道(LUMO)能级明显降低,有利于提高电子注入;芳胺基笨环上的二氟取代(D和E)使分子最高占据轨道(HOMO)能级明显降低,电离势增加,能隙变大,有利于抑制空穴越过发光层向电子传输层输运,减少界面处激基复合物的形成,同时起到光谱蓝移的效果;既是主链苯环上也是芳胺基苯环上的二氟取代衍生物D更有利于平衡电子-空穴的注入,应该具有更加优良的发光性质.     

C_(56)X_(10)(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对C56X10(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结构稳定性计算表明:对于C56X10(X=F,Cl,Br,I),能隙、反应热、最大振动频率和最小振动频率都随着X原子序数的增加而减小,表明C56X10(X=F,Cl,Br,I)的稳定性随着X原子序数的增加而逐渐降低,其中C56F10最为稳定.前人在实验上已成功合成出C56Cl10,因此,我们推测C56F10有望在实验上成功合成.前线轨道计算发现,C56相邻的五边形公共顶点以及两个六边形-五边形-六边形公共顶点是笼子中化学活性最强的部位,有利于卤族元素的外部吸附.此外,计算结果还显示,C56X10(X=F,Cl,Br,I)的电负性随着X原子序数的增大而逐渐减弱,C—X基团的电负性因位置的不同而不同.     

十字交叉型π共轭分子3,6-二苯-1,2,4,5-(2',2"-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平下研究了以三联苯和二苯基苯并噁唑构成的十字交叉型共轭分子3,6-二苯基-1,2,4,5-(2',2"-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质. 通过对分子的重组能和晶体中分子间电荷传输积分的计算得到该分子的空穴迁移率为0.31 cm2·V -1·s -1 , 电子迁移率为0.11 cm2/(V·s). 计算结果表明, 空穴的传输主要是通过三联苯方向上两端苯环的"边对面"的相互作用以及分子中心π体系的错位重叠相互作用来实现的. 而电子的传输路径主要是通过苯并噁唑方向的π-π重叠相互作用来实现. 通过分析分子正负离子态的Mulliken电荷发现, 正电荷较多分布在三联苯方向上, 而负电荷较多分布在苯并噁唑方向上. 计算结果表明, 电子和空穴的传输分别在分子相互交叉的不同方向上, 有利于电子和空穴的平衡传输.     

蒽类衍生物的电荷传输性质

以具有较高迁移率的对称取代类蒽的衍生物{2,6-二[2-(4-戊基苯基)乙烯基]蒽,DPPVAnt;2,6-二-噻吩蒽,DTAnt;2,6-二[2-己基噻吩]蒽,DHTAnt}为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)的基组水平上研究了三种蒽类衍生物的分子结构、电子结构、重组能和电荷传输积分,采用Einstein关系式计算了室温下的载流子迁移率,并与蒽的相关计算结果进行了比较.DPPVAnt是较好的空穴传输材料,其空穴迁移率为0.49cm2·V-1·s-1;DHTAnt有利于电子传输,其电子迁移率为0.12cm2·V-1·s-1;而DTAnt是一种较好的双极性材料,其空穴迁移率和电子迁移率分别为0.069和0.060cm2·V-1·s-1.计算得到的迁移率与实验结果处于同一数量级.三种蒽类衍生物的电子重组能与蒽的相近,而空穴重组能均大于蒽的空穴重组能,大小顺序为蒽DPPVAntDTAntDHTAnt.这与计算的迁移率结果不一致,说明分子的堆积结构决定材料的电荷传输性质.     

有机场效应材料氟化噻吩并四硫富瓦烯衍生物的电荷传输性质

噻吩并四硫富瓦烯(TTF)衍生物在有机场效应材料方面有较大的应用前景.应用密度泛函理论B3LYP泛函在6-31G(d,p)基组水平上计算了系列氟取代扩展噻吩并四硫富瓦烯衍生物(c2FT、t2FT及4FT)的轨道能级、电离能(IP)、电子亲和势(EA)和重组能(λ).在此基础上,进一步计算二聚体的迁移率,评估了载流子传输能力,并讨论取代位置和堆积方式对电荷传输性质的影响.计算结果表明,氟取代位置对二噻吩并四硫富瓦烯(DT-TTF)衍生物迁移率及电荷传输性质的影响较小,却有效降低了给电子能力.计算结果对设计和合成高效稳定的光电功能材料具有指导意义.     

咔唑衍生物DiPICz载流子传输性能的理论研究

依据Marcus理论, 在密度泛函理论水平下对咔唑衍生物Dibenzo[2,3: 5,6]pyrrolizino[1,7-bc]indolo-[1,2,3-lm]carbazole(DiPICz)的电子结构和传输性质进行系统研究. 计算结果表明, DiPICz的电子迁移率(5.81×10^-2 cm²·V^-1·s^-1)反常地高出空穴迁移率(6.02×10^-4 cm²·V^-1·s^-1)2个数量级, 表明稠合修饰可能是一种潜在的转变传输材料极性的手段. 分析发现, 导致DiPICz具有较好电子传输性质的原因在于相对较小的电子重组能和较好的晶体堆积方式. 在其鱼骨型堆积的晶体中, 存在着滑移的π-π及边对面的 CH…N和CH…π相互作用. 这些相互作用由于形成二维的电荷传输通道, 从而在电子传输中起着重要作用.     

正三角锯齿型石墨烯的电子输运特性

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 系统研究了正三角锯齿型石墨烯的电子输运特性. 研究表明: 正三角石墨烯的电流-电压(I-V)特性及整流效应与几何尺寸、边缘吸附原子的类型密切相关, 在其边缘吸附H原子和S原子的情况下, 小的正三角石墨烯有大的电流, 但有小的整流比; 改变边缘吸附原子的类型(用O原子替换H原子), 电流增大, 但其整流效应明显变低. 分析表明, 这种整流是由于正三角石墨烯前线轨道的空间分布不对称以及在正、负偏压下分子能级的非对称移动所致. 我们的研究对于认识正三角石墨烯的基本物性(电子结构及器件应用)有重要意义.     

含有Pt―Pt键金属配合物的电子结构和二阶非线性光学性质

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合有限场(FF)的方法对一系列含有Pt―Pt键金属配合物的电子结构和二阶非线性光学(NLO)性质进行了理论计算. 结果表明改变共轭配体对Pt―Pt键影响不大. 由配体到Pt―Pt金属基团的电荷转移强度随配体增长而变大. 金属配合物静态一阶超极化率随配体的增长而增大, 配合物电荷的改变基本不影响这类化合物的二阶NLO性质. 具有相对长的共轭配体的配合物IId具有最大的二阶NLO响应. 含时密度泛函理论(TD-DFT)计算表明配合物IId的二阶NLO响应来自于混有配体到金属的配体内的π→π^*电荷转移跃迁的贡献.     

氟代寡聚噻吩系列衍生物的载流子传输性质的理论研究

基于密度泛函理论方法, 采用Marcus电荷转移公式, 分别从几何和电子结构、 重组能、 转移积分及迁移率等方面研究了氟代寡聚噻吩系列衍生物中噻吩环个数、 全氟代苯位置的改变及F原子的引入对体系载流子传输性质的影响. 计算结果表明, 化合物1b, 1c和1d的电子迁移率随着噻吩单元个数的增加而逐渐升高, 因此可以通过增加噻吩单元个数来提高其电子迁移率; 而对于化合物1d, 2a和2b而言, 氟代苯位置的改变对传输性质产生了较大的影响, 其中化合物1d具有良好的平面性和π-π堆积, 传输性能最好, 有望成为良好的双极性传输材料; 比较化合物2b与3可以发现, F原子的引入增大了化合物2b的载流子迁移率, 为实验设计高迁移率的传输材料提供了理论依据.     

十二顶点邻位双取代碳硼烷衍生物二阶NLO性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G*方法, 对系列十二顶点邻位双取代碳硼烷(C2B10H12)衍生物的几何构型进行优化. 在所得优化结构的基础上, 结合有限场方法(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对这些分子的二阶非线性光学(NLO)活性及电子吸收光谱进行了研究. 结果表明, 邻位双取代碳硼烷有较强的吸电子作用, 与有机基团形成D-π-A结构时, 可以起到很好的受体作用. 当给体部分或桥的共轭性好, 给体的给电子能力强时, 邻位双取代碳硼烷的吸电子作用更明显, 从而增强了分子的二阶NLO响应.     

分子旋转对分子器件电子输运性质的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了一种可旋转分子跨接在金电极上的电子输运性质。计算结果表明:分子中的转子与定子间的旋转角度可以有效调控分子器件的电子输运性质。当夹角从30°变化到150°,分子器件的导电性呈现出增强、减弱的震荡变化。此外,当夹角变化到90°,分子器件的电流电压曲线打破其他角度呈现的线性变化特性,其电流值在2.4 V以后随着电压的增大而减小,表现出强烈的负微分电阻效应。     

meso取代卟啉衍生物的结构和光学性质

meso取代卟啉衍生物在红色电致发光材料上有较大的应用前景.本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,对以反式二噻吩(S)作为能量传输供体的卟啉衍生物,Zn-5,10,15,20-tetra(2-[thiophen-2-yl]thiophene)porphyrin(SPZ)和5,10,15,20-tetra(2-[thiophen-2-yl]thiophene)porphyrin(TSP),进行了全优化.计算了二者的电离能(IP)、电子亲和势(EA)、空穴抽取能(HEP)、电子抽取能(EEP)、空穴和电子重组能(λ),评估了它们的载流子注入和传输能力.用含时密度泛函理论(TDDFT)/B3LYP/6-31G(d)方法计算了吸收光谱.用从头算单激发组态相互作用(CIS)方法优化了SPZ和TSP的最低激发单重态S1,并用含时Hartree-Fock(TDHF)方法研究它们的荧光光谱.理论计算结果表明,引入S基团对卟啉的光物理性质影响很大,尤其是电子注入和传输性质.     

Analysis and Investigation of Electronic Transport Coulomb Blockade in Al68 Based on DFT

Electronic transport properties in an Al cluster are investigated theoretically in this paper. We propose a possible illustration of Coulomb blockade based on variable electrostatic potential (ESP ). Density functional theory (DFT ) was used to achieve the global minimum structure and wave function for analyzing the ESP and density of states (DOS ) of Al₆₈ in different charged states. Al₆₈ is able to contain multiple electrons. According to the calculation of systematic energy and surface ESP, respectively, the surface of Al₆₈ presents a 0–6.33 eV ESP barrier after electron injection, which is 0 eV at first. The probability density of flow of electrons was calculated under one‐dimensional model with double barriers. Expected results were obtained, containing a nonlinear relationship between J and V and flow density steps. Moreover, an assumption is proposed associated with nonlinear conductance phenomenon of zero‐dimensional nanomaterials. Significantly, Al films with different thicknesses were prepared by the low vacuum physical vapor deposition (LVPVD ) method, exhibiting novel fluorescent behaviors. In addition, the I–V curve of a 25‐nm Al film exhibited two steps at 7 and 27 V, respectively, which meant that the step effect was caused by Coulomb blockade, in accordance with the theoretical calculation.