杂环共轭聚合物发光材料理论的研究

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1、2004级硕士研究生毕业论文摘要近年来，聚合物发光材料的分子设计合成及聚合物发光机理和EL器件的研究成为最具有活力的研究领域。本文用量子化学方法系统研究了如下4个体系：(1)系列噻吩和吡啶共聚物；(2)咔唑和吡啶交替聚合物；(3)2,7-咔唑和3,6-咔唑三聚物；(4)苯酚-吡啶硼配合物。首先，采用密度泛函理论(DFTB3LYP)及3-21G*基组方法，对一系列含π-富电子烷基噻吩和间位或对位连接的π-缺电子吡啶共聚物聚(3-辛基-噻吩-2,6-吡啶)(p1),聚(3-辛基-噻吩-2,6-吡啶-3-辛基噻吩)(p2)，聚(3-辛基-噻吩-2,5-吡啶-3-辛基

2、噻吩)(p3),在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算。用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及3-21G*基组计算吸收光谱；同时用abinitioHF单激发组态相互作用(CIS)法在3-21G*基组上优化其最低激发单重态几何结构，用含时密度泛函理论计算发射光谱。结果表明，共聚物主链中吡啶成分减少导致HOMO能级上升和LUMO能级下降,吡啶基团的对位连接更加剧了这一影响，从而改善了注入和传输空穴和电子的能力。另外，共聚物主链中吡啶成分减少以及吡啶的对位连接导致了能隙的变窄和吸收及荧光波长的红移。其次，采用密度泛函理论(DFT/B3LYP/

3、6-31G)研究了由咔唑和吡啶单元交错形成的三种A-B型荧光共聚物，聚(2,7-N-2-乙基己基咔唑)-交替-3,5-吡啶(PEHCP-35),聚(2,7-N-2-乙基己基咔唑)-交替-2,6-吡啶(PEHCP-26)和聚(2,7-N-2-乙基己基咔唑)-交替-2,5-吡啶(PEHCP-25)。基于优化的几何结构，应用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了它们的光学性质。PEHCP-35和PEHCP-26的能隙和光学性质迅速达到饱和。从实验可知PEHCP-25实际上是聚合度为4的齐聚物。因此本文采用PEHCP-35，PEHCP-26，PEHCP-25的四聚物作

4、为主要研究模型来分析它们的电子结构和光谱性质，且计算结果与实验值符合较好。共聚物的能隙通过两种方法获得：HOMO-LUMO能隙和最低激发能，变化顺序如下：PEHCP-35>PEHCP-26>PEHCP-25,与实验中电子带边缘得出的数据一致但与电化学得出的却不同(PEHCP-25>PEHCP-26>PEHCP-35)。结果表明，激发过程中产生由咔唑到吡啶单元的电荷转移，发光团主要是咔唑单元。紫外吸收和发射波长都红移PEHCP-35

5、，如HOMO和LUMO能级，能隙，电离能(IP)和电子亲和势(EA)。用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31G*基组计算了它们的吸收光谱。计算结果表明：2,7-和3,6-咔唑三聚物的HOMO和LUMO由甲基取代到仲丁基取代I摘要逐渐变的不稳定。IP和EA都表明三聚物具有优良的空穴传输能力和较差的接受电子的能力。连接在N上的烷基并没有影响分子骨架上的链内电子离域，因此对能隙和吸收光谱没有显著的影响。最后，采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，研究了一系列苯酚-吡啶硼配合物的电子结构，并用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31

6、G*基组计算它们的吸收和发射光谱，从电离能以及HOMO与LUMO的能级差等方面深入探讨不同取代基对空穴传输以及发光波长的影响，结果表明：苯酚吡啶单元上的不同取代基产生相似的吸收，但吸电子CN基可显著提高IP。本论文从理论上对一系列杂环聚合物发光材料的电子结构和发光性能系统地进行了分析和研究。结果表明含时密度泛函理论结合密度泛函理论能够对杂环聚合物提供合理的几何结构和电子性质，并用于新的聚合物发光材料设计。关键词：含时密度泛函理论；电离能；电子亲和势；吸收光谱；发射光谱II2004级硕士研究生毕业论文AbstractRecently,themolecularde

7、sign,synthesisandtheluminescentmechanismoftheluminescentpolymermaterialsbecomeoneofthemostactivefields.Thepaperappliedthequantumchemistrymethodsandsystematicallystudiedthefollowing4systems:(1)poly(alkylthiophene-co-pyridine)s;(2)carbazolyl-pyridinylalternatingcopolymers;(3)2,7-linke

8、dand3,6-linkedcarba