新型材料中分子内π-π堆积光电性能理论研究论文

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1、Theoreticalinvestigationsofopticalandelectronicpropertyofπ-stackedmoleculesThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofScienceByChao-PengHuSupervisor:Prof.Ling-HaiXieMay2013南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。研究生签名：_____________日期：____________南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影

3、印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：____________导师签名：____________日期：_____________摘要众所周知，π-π相互作用在分子组装、结构排序中起到了关键作用，其中包括：有机主客体识别，分子/生物工程，超分子化学，晶体工程等。DNA，RNA以及蛋白质的分子结构的稳定离不开π-π相互作用，据估计在蛋白质中有60%芳香环的侧链含有π-π堆积相互作用。当前，人们对下一代塑

4、料电子器件表现出越来越极大的兴趣如：用于制备手机屏幕的OLED器件，将来在能源领域运用的OPV器件，在场效应晶体管中运用的OFET器件等等。事实上，调节芳香环的π-π堆积相互作用在设计以及改进器件性能方面有着无法比拟的优越性。然而在过去的几十年中，分子间的π-π堆积相互作用已被大量研究，相当多的基于此作用的材料器件已经合成制备出来，而分子内π-π堆积却一直被忽略，认为它是分子间π-π的一个部分，其实不然。分子内π-堆积却在有机电子学领域的非易失性闪存、识别与检测、磁阻特性等上面有着独特的优越性，例如含有分子内π-π堆积的材料被设计出来并用于检测

5、TNT，制备n-型半导体材料，手性识别与检测，提供有效的三线态能量转移通道、电荷转移通道等。但目前为止，对分子内π堆积的认识还比较少，为此开展进行一定的理论研究是必要的。在本论文中，我们结合以前的工作，设计了三种不同系列含有分子内π-π堆积的分子。第一类为基于二芳基芴和二芳基氮杂芴类新型材料光电性能的研究；第二类为“口”字型环四蒽分子压致光电性能的研究；第三类为螺烯类光电性能的研究。我们利用量子化学理论计算的方法对目标体系分子进行全面的理论模拟研究包括基态和激发态分子的最稳定结构、分子HOMO及LUMO轨道、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、电离势、

6、亲核势，重整能以及分子弱相互作用可视化等。通过对分子的全面分析找出变化规律，找出可调控分子行为的方法和它们的变化规律，从而设计出新型材料并应用于新领域。关键词:分子内π-π堆积，光电性能，密度泛函理论，可视化分析IAbstractItisacknowledgedthattheπ-πinteractionsplayakeyroleinstructuralarrangementsandmolecularassemblies,includingorganichost-guestchemistry,molecular/biology,supramole

7、cularchemistryandcrystalpacking.ThestructuresofDNA,RNA,andproteinsarestabilizedbyπ-πinteractions,andithasbeenestimatedthataround60%ofaromaticsidechainsinproteinshaveπ-πinteractions.Currently,muchinterestisdevotednewgenerationsofplasticelectronicdevicessuchasfield-effecttrans

8、istors(FET),light-emittingdiodes(LED),orphotovoltaicandsolarcells.Infact,tu