8-羟基喹啉锌及其衍生物的电子结构和荧光性质的理论研究

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1、第45卷第4期东北师大学报(自然科学版)Vol

2、45No．42013年l2月JournalofNortheastNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Deeember2O13[文章编号]1000—1832(2O13)04—0157—09·研究快报·doi：10．1i672／dbsdzk2Ol3—04—0328一羟基喹啉锌及其衍生物的电子结构和荧光性质的理论研究刘鸿雁，李岩(1．吉林化工学院化学与制药工程学院，吉林吉林132022；2．吉林大学理论化学研究所，吉林长春130023)[摘要]采用M06泛函对8一羟

3、基喹啉锌及其衍生物分子的基态和离子结构进行了全优化计算．在基态结构基础上，用TD-M06计算其吸收光谱及第一单重激发态(S)的垂直跃迁能．采用TD—M062X方法对8一羟基喹啉锌及其衍生物的激发态进行构型优化并得到其发射光谱．结果表明：电子供体增强了分子空穴注入能力，却降低了其电子注入能力，供电子基个数越多或供电子基的供电子能力越强，空穴注入能力的增强和电子注入能力的减弱越明显；吸电子基增强分子的电子注入能力，却减弱了其空穴注入能力，吸电子基个数越多或吸电子基的吸电子能力越强，空穴注入的减弱和电子注入能力的增强越明显；相对于8一羟基喹啉锌配合物，引

4、入吸电子基使最大吸收光谱红移，吸电子程度越弱，红移程度越大．2位引入一个氨基时，吸收光谱蓝移，而在2，5位分别引入2个氨基时，吸收光谱红移．[关键词]8一羟基喹啉锌；DFT；荧光；电子传输[中图分类号]O641[学科代码]150·20[文献标志码]A近年来，有机电致发光器件(OLED)是分子学领域的一个新的研究热点，具有广阔的应用前景，对其实验和理论的研究已引起了人们的广泛关注_1]．有机电致发光的研究集中在荧光发射层材料的选择和器件的设计两个方面．目前研究的小分子电致发光材料(EIM)以8一羟基喹啉为主[5]．其中8一羟基喹啉金属配合物具有荧光效

5、率高、易提纯且性质稳定等优点，是优良的发光二极管发射层材料-6]．而且它的电子亲和势也较大，也是优良的电子传输材料_7]，可以作为有机电致发光材料应用于光学器件．研究发现，8一羟基喹啉锌(ZnQ。)具有较好的发光性能，其发光亮度可达到16200cd／m．颜色的调制是发展全彩平板显示的关键，在8一羟基喹啉配体上引入吸电子或给电子取代基均可达到调制发射波长的目的．最近，王崇侠等报道了一种新的二(2～苯基一8一羟基喹啉)锌发光材料E6]，与8一羟基喹啉锌相比，实现了发射峰的明显红移．量子化学计算方法是研究化合物电子光谱性质的一种有效手段．本文运用密度泛函

6、理论(DFT)M06方法对8一羟基喹啉锌及其衍生物(见图1)的基态及离子结构进行了优化，并用相关能量计算电离能、电子亲和势及电子和空穴重组能，用含时密度泛函理论(TD—DFT)M06和M062X计算吸收光谱和发射光谱，分析了取代基对8一羟基喹啉锌的结构、电子和空穴传输及光谱性质的影响，为设计合成高效有机电致发光材料提供了理论依据．1计算模型与方法本文中采用M06泛函对8一羟基喹啉锌的配合物及其衍生物的基态及离子几何结构进行全优化，得到HOMO和LUMO轨道能级和能隙△_．，并用相关能量计算电离能、电子亲和势及电子和空穴重组能．在基态优化结构基础上，

7、用TD—M06计算其吸收光谱及第一单重激发态(S，)的垂直跃迁能．采用TD—M062X方法对8一羟基喹啉锌及其衍生物的激发态构型进行优化并得到其发射光谱．对Zn采用赝势[收稿日期]2012-0卜O5[基金项目]吉林省科技发展计划项目(201l1814)．[作者简介]刘鸿雁(1973一)，女，硕士，讲师，主要从事物理化学研究；通讯作者：李岩(198O一)，女，硕士，讲师，主要从事计算化学研究158东北师大学报(自然科学版)第45卷MDF10基组，其他原子用6—31G基组计算．所有计算均在Gaussian09量子化学程序包中完成．Zn(acridine

8、-4-o1)2Zn(Q-Ph)2ZnQ2Zn(Q一2cN)2zn(Q一2NH2)2Zn(Q一2NO2)2Zn(Q—NH2)2Zn(Q-NO：)图18一羟基喹啉锌及其衍生物的结构2结果与讨论2．1基态、离子和激发态构型采用M06泛函和TD-M062X对8一羟基喹啉锌及其衍生物优化得到的基态及激发态几何参数列于表1．从表1可岛以看出：与8一羟基喹啉锌相比，2位引入一个氨基时Zn—O键增长，Zn—N键缩短；引入一个硝基时，Zn—O键、Zn—N键均增长；2，5位引入2个硝基和氨基时Zn—O键增长，Zn—N键缩短；苯基和氰基取代时Zn-O键和Zn—N键基本不

9、变；引入取代基后O—zn～N键角均减小；引入氰基、硝基和苯基时二面角O(1)一Zn—N(1)一O(2)减小；引入一个氨基时