分子間作用對有機小分子光電特性影響的理論研究.pdf

1、隨著有機材料在光電器件中的應(yīng)用越來越廣泛，有機分子的光電特性成為了一個研究重點。與無機材料多為長程有序的晶體結(jié)構(gòu)相比，有機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于有機材料的各項性能有著廣泛的影響。本文主要采用理論計算的方法對三種有機分子間主要的相互作用:氫鍵、π-π相互作用和偶極作用進行了研究，著重討論了這些相互作用對分子的發(fā)光、電荷傳遞以及對光電器件性能的影響。研究的主要內(nèi)容可以分為三個部分:分子間氫鍵對分子熒光猝滅

2、過程的影響，分子的共軛性以及分子間的π-π相互作用對電荷在分子間傳遞過程的影響以及由有機小分子制作的偶極層對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)體系為研究對象，根據(jù)不同的電子態(tài)，對其中分子的幾何構(gòu)型進行了優(yōu)化，并計算了相應(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)分子間氫鍵會使分子的激發(fā)態(tài)能級發(fā)生移動。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。采用對主要

3、反應(yīng)坐標(biāo)掃描的方法，繪制了該過程的勢能曲線和勢能曲面。通過對計算結(jié)果的分析，證實了電荷傳遞會增強體系的無輻射弛豫過程。之后，我們又對兩個相似的體系: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)移速率表達式中兩個重要的參數(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)的有機小分子，計

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。鑒于電荷轉(zhuǎn)移積分與分子的前線軌道能級有關(guān)，而前線軌道能級的位置會受到分子間相互作用的影響，我們對平行排列和垂直排列的雙分子體系進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并得到了電荷轉(zhuǎn)移積分。通過對計算結(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械攘慨愄柧鶆蛎骐?/p>

5、荷分布結(jié)構(gòu)的模型，對有機光電器件中用于修飾電極的偶極層的作用機理進行了討論。我們選取了9種結(jié)構(gòu)相似且具有一定偶極矩的有機小分子，其中的8種具有羧基基團，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)。通過對這9種小分子的偶極矩進行計算，比較了不同的官能團對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)簡單的有機太陽能電池和有機發(fā)光二極管器件。通過比較不同器件的性能，證實了可以通過