五元杂环共轭化合物发光材料的理论研究

论文摘要

本文用量子化学方法系统研究了如下3个体系:（1）含五元杂环三苯胺类化合物;（2）主链含杂环的聚咔唑衍生物;（3）主链含五元杂环的聚噻吩衍生物。首先,采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法,对N,N,N’,N’-四苯基-1,1’-二苯基-2,2’-二呋喃-4,4’-二胺（FurylBz-Ph4）和N,N,N’,N’,N’’,N’’-六苯基-1,1’-二呋喃-4,4’-二胺（PFDA-Ph4）及化合物1-3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。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。化合物1-3,FurylBz-Ph4和PFDA-Ph4的重组能与典型空穴传输材料N,N’-双（3-甲基苯基）-N,N’-二苯基-1,1’-二苯基-4,4’-二胺（TPD）相近。TD-DFT计算表明,化合物2的最大吸收峰相对PFDA-Ph4蓝移,而化合物3则相对PFDA-Ph4红移。其次,采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法,对基于咔唑的共轭聚合物聚（2,7-N-正辛基咔唑）-交替-（1,4-二乙烯苯）（PBC）,聚（2,7-N-正辛基咔唑）-交替-（2,5-二乙烯基噻吩）（PBT）和聚（2,7-N-正辛基咔唑）-交替-（2,5-二乙烯基呋喃）（PBF）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。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。结果表明,与聚咔唑相比,三种聚合物都具有较好的共面性。由于主链中含有推电子基PBC,PBT和PBF最大吸收波长发生红移。最后,采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法,对基于噻吩的共轭聚合物聚（2,5-噻吩）-交替-1,3,4-噁二唑)（PTO）,聚（2,5-噻吩）-交替-（1,3,4-噻二唑）（PTTH）和聚（2,5-噻吩）-交替-（1-正丙基-1,3,4-噻二唑）（PTTR）,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。为获得包含电子相关的最低激发能,在优化基态几何的基础上进行TD-DFT（B3LYP/6-31G（d））计算。HOMO与LUMO能隙（ΔE）为最低空轨道和最高占据轨道的能量差（ΔE=ELUMO-EHOMO ）。本文采用UB3LYP/6-31G（d）对阳离子和阴离子分子进行全优化,从而计算电离势（IP）和电子亲合能（Ea）。本论文从理论上对一系列五元杂环化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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及方向
• 1.2 量子化学计算的发展
• 1.3 有机电致发光发光原理
• 1.4 有机电致发光常用材料
• 1.4.1 有机空穴传输材料
• 1.4.2 有机电子传输材料
• 1.4.3 多功能载流子传输材料
• 1.4.4 有机发光材料
• 1.5 聚合物电致发光材料存在的问题与发展方向
• 1.6 本文研究内容，目的和意义
• 第二章 计算方法
• 2.1 分子轨道理论
• 2.2 电子相关作用
• 2.3 密度泛函理论
• 2.4 含时密度泛函理论
• 第三章 含芳香杂环和空穴传输三苯胺单元的多功能电致发光材料的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型和方法
• 3.3 结果于讨论
• 3.3.1 优化构型
• 3.3.2 前线分子轨道
• 3.3.3 HOMO 与LUMO 能隙和最低激发能
• 3.3.4 电离势、电子亲和势和重组能
• 3.3.5 吸收光谱
• 3.4 小结
• 第四章 咔唑和二乙烯基杂环交替共轭聚合物光谱性质
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 优化结构
• 4.3.2 前线分子轨道
• 4.3.3 电离势和电子亲和势
• 4.3.4 HOMO 与 LUMO 能隙和最低激发能
• 4.3.5 吸收光谱
• 4.4 小结
• 第五章 噻吩和含N 缺电子五元杂环交替共轭聚合物光谱性质
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 优化构型
• 5.3.2 前线轨道
• 5.3.3 电离势和电子亲和势
• 5.3.4 HOMO 与LUMO 能隙和最低激发能
• 5.3.5 吸收光谱
• 5.3.6 发射光谱
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表论文目录）