基于吡嗪基團(tuán)的導(dǎo)電化合物分子設(shè)計(jì)及其導(dǎo)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(tuán)化合物的導(dǎo)電性質(zhì)，并對(duì)它們的單體，低聚體的電子性質(zhì)進(jìn)行了深入的計(jì)算研究。詳細(xì)闡述了吡嗪取代基對(duì)聚合物導(dǎo)電性的影響，供體-受體交替型導(dǎo)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(jī)導(dǎo)體的發(fā)展?fàn)顩r，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(yīng)用，成為研究者在設(shè)計(jì)導(dǎo)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?cè)敿?xì)介紹了文中所用到的密度泛函理論計(jì)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(jì)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(xué)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)。化合物電子結(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(qiáng)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(dǎo)體聚合物。
　　 在第四節(jié)中，我們對(duì)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(gè)化合物進(jìn)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(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子性質(zhì)的計(jì)算研究。結(jié)構(gòu)參數(shù)鍵長，成鍵臨界點(diǎn)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(duì)分子能隙值的降低有很大的作用，同時(shí)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(duì)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(duì)電場(chǎng)中的供體-受體型化合物的計(jì)算研究表明，隨著電場(chǎng)的增大，分子內(nèi)電荷離域程度增大。
　　 在第五節(jié)中，我們對(duì)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(jìn)行理論研究，使用密度泛函方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子性質(zhì)計(jì)算。由單體HOMO-LUMO能量分析研究得知，在今后設(shè)計(jì)此類型的導(dǎo)電聚合物時(shí)，應(yīng)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(jìn)行共聚，將得到能隙值較理想的供體-受體型聚合物導(dǎo)電分子。電子結(jié)構(gòu)研究表明，隨著聚