基于吡嗪基團的導電化合物分子設(shè)計及其導電性質(zhì)的理論研究.pdf

1、本文采用密度泛函理論(DFT)研究了一系列具有吡嗪基團化合物的導電性質(zhì)，并對它們的單體，低聚體的電子性質(zhì)進行了深入的計算研究。詳細闡述了吡嗪取代基對聚合物導電性的影響，供體-受體交替型導電聚合物電子性質(zhì)的研究，以及它們單體，低聚體和聚合物之間電子性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 在第一節(jié)中，我們簡要介紹了有機導體的發(fā)展狀況，還有共軛聚合物的一些發(fā)展情況。具有特殊共軛結(jié)構(gòu)的共軛聚合物，在光電子材料上得到廣泛的應用，成為研究者在設(shè)計導電聚合物

2、分子的首選。另外，還概括了我們所做的工作及其工作意義。
　　 在第二節(jié)中，我們詳細介紹了文中所用到的密度泛函理論計算方法，包括它的基本原理和一些常用方法。另外還介紹了計算研究中所用到的一些重要的理論分析手段和方法，無核化學位移(NICS)，分子中的原子理論(AIM)和自然鍵軌道理論(NBO)。
　　 在第三節(jié)中，從理論上研究了聚吡咯(Pyr)和以它為骨架的化合物分子吡咯并吡嗪(Pyz)的共聚物以及它們的低聚物和聚合物的電

3、子結(jié)構(gòu)?；衔镫娮咏Y(jié)構(gòu)研究表明：隨著聚合度的增加，化合物的共軛度增大。NICS的變化表明：在低聚物中，中央部份的共軛度強于外部的，且中央部份的結(jié)構(gòu)更接近醌式結(jié)構(gòu)?；衔锏哪軒ЫY(jié)構(gòu)和態(tài)密度研究表明，取代后的聚吡咯分子具有很低的能隙(0.37 ev)，它可能是一種潛在的導體聚合物。
　　 在第四節(jié)中，我們對化合物吡咯并吡嗪(PPZ)，噻吩并吡嗪(TPZ)，呋喃并吡嗪(FPZ)，以及將各個化合物進行共聚后的新化合物(英文縮寫體)PPZ

4、-TPZ，PPZ-FPZ和 TPZ-FPZ的低聚體和聚合物使用密度泛函方法進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子性質(zhì)的計算研究。結(jié)構(gòu)參數(shù)鍵長，成鍵臨界點上的電荷密度，NICS及WBI值的變化用來研究分子共軛度變化，結(jié)果表明這些性質(zhì)與分子共軛度是密切相關(guān)的。均聚物PPZ，TPZ和FPZ能隙值的研究表明吡嗪環(huán)的取代對分子能隙值的降低有很大的作用，同時吡嗪的取代降低了分子的重組能，提高分子空穴傳輸效率。在共聚物PPZ-TPZ和PPZ-FPZ中，分子內(nèi)雜原子的非

5、共軛相互作用對保持低聚物分子平面性及降低聚合物能隙值上有很大的作用。對電場中的供體-受體型化合物的計算研究表明，隨著電場的增大，分子內(nèi)電荷離域程度增大。
　　 在第五節(jié)中，我們對以噻吩并吡嗪Thieno[3，4-b]pyrazinetpz(TPZ)和呋喃并吡嗪Furo[3，4-b]pyrazine(FPZ)作為電子受體部分，吡咯pyrrole(Pyr)，噻吩thiophene(Thio)，噻吩并吡咯4H-Thieno[3，2-b

6、]pyrrole(Tp)，二噻吩并吡咯4H-Dithieno[3，2-b；2'，3'-d]pyrrole(Dtp)為電子供體部分，兩兩共聚得到的供體-受體型化合物進行理論研究，使用密度泛函方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子性質(zhì)計算。由單體HOMO-LUMO能量分析研究得知，在今后設(shè)計此類型的導電聚合物時，應選取其供體部分的HOMO能量與受體部分的LUMO能量相近的分子進行共聚，將得到能隙值較理想的供體-受體型聚合物導電分子。電子結(jié)構(gòu)研究表明，隨著聚