分子間作用對(duì)有機(jī)小分子光電特性影響的理論研究.pdf

1、隨著有機(jī)材料在光電器件中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，有機(jī)分子的光電特性成為了一個(gè)研究重點(diǎn)。與無(wú)機(jī)材料多為長(zhǎng)程有序的晶體結(jié)構(gòu)相比，有機(jī)材料多以分子為單位相互堆疊而成。因此，分子間的相互作用對(duì)于有機(jī)材料的各項(xiàng)性能有著廣泛的影響。本文主要采用理論計(jì)算的方法對(duì)三種有機(jī)分子間主要的相互作用:氫鍵、π-π相互作用和偶極作用進(jìn)行了研究，著重討論了這些相互作用對(duì)分子的發(fā)光、電荷傳遞以及對(duì)光電器件性能的影響。研究的主要內(nèi)容可以分為三個(gè)部分:分子間氫鍵對(duì)分子熒光猝滅

2、過程的影響，分子的共軛性以及分子間的π-π相互作用對(duì)電荷在分子間傳遞過程的影響以及由有機(jī)小分子制作的偶極層對(duì)光電器件性能的影響。
　　在第一部分，我們以具有代表性的芴酮-甲醇(FN-MeOH)體系為研究對(duì)象，根據(jù)不同的電子態(tài)，對(duì)其中分子的幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化，并計(jì)算了相應(yīng)的能量。通過比較芴酮分子和芴酮-甲醇體系的垂直激發(fā)能，發(fā)現(xiàn)分子間氫鍵會(huì)使分子的激發(fā)態(tài)能級(jí)發(fā)生移動(dòng)。著重研究了體系在激發(fā)態(tài)下發(fā)生電荷沿分子間氫鍵轉(zhuǎn)移的過程。采用對(duì)主要

3、反應(yīng)坐標(biāo)掃描的方法，繪制了該過程的勢(shì)能曲線和勢(shì)能曲面。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，證實(shí)了電荷傳遞會(huì)增強(qiáng)體系的無(wú)輻射弛豫過程。之后，我們又對(duì)兩個(gè)相似的體系:二甲氨基苯甲腈-水/甲醇(DMABN-H2O/MeOH)體系和吡啶-水(Py-H2O)體系進(jìn)行了相似的研究。
　　在第二部分，我們從Marcus電荷轉(zhuǎn)移理論和量子力學(xué)模型出發(fā)，探討了電荷轉(zhuǎn)移速率表達(dá)式中兩個(gè)重要的參數(shù):重組能和電荷轉(zhuǎn)移積分。我們選取了4種具有相似共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子，計(jì)

4、算了單分子的電荷分布和重組能，并且根據(jù)重組能的定義以及分子本身的共軛性與重組能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)共軛性越大的分子得失電荷能力越強(qiáng)。鑒于電荷轉(zhuǎn)移積分與分子的前線軌道能級(jí)有關(guān)，而前線軌道能級(jí)的位置會(huì)受到分子間相互作用的影響，我們對(duì)平行排列和垂直排列的雙分子體系進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并得到了電荷轉(zhuǎn)移積分。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)分子間的π-π相互作用有利于電荷在分子間的傳遞。
　　在第三部分，我們參照靜電學(xué)中兩層距離接近且?guī)в械攘慨愄?hào)均勻面電

5、荷分布結(jié)構(gòu)的模型，對(duì)有機(jī)光電器件中用于修飾電極的偶極層的作用機(jī)理進(jìn)行了討論。我們選取了9種結(jié)構(gòu)相似且具有一定偶極矩的有機(jī)小分子，其中的8種具有羧基基團(tuán)，可以與金屬氧化物電極表面的懸掛鍵反應(yīng)，形成排列規(guī)則的偶極層結(jié)構(gòu)。通過對(duì)這9種小分子的偶極矩進(jìn)行計(jì)算，比較了不同的官能團(tuán)對(duì)分子固有偶極矩的影響。之后，我們從中挑選了兩種偶極矩大小相近、方向相反的材料，制作了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的有機(jī)太陽(yáng)能電池和有機(jī)發(fā)光二極管器件。通過比較不同器件的性能，證實(shí)了可以通過