几种典型有机电致发光材料及多功能材料的量化研究

论文摘要

本论文对tris（o-phenylenedioxy）cyclotriphosphazene（TPP）,tris（8-hydroxyquinolinato）gallium（Gaq3）、相应的“CH”/N取代衍生物以及双核、单核Cu（Ⅰ）络合物—3,5-bis（trifluoromethyl）pyrazole和bis（pyrazolyl）borate络合物的几何结构,电子结构,电子性质进行了量子化学研究。 用ab initio HF和DFT（B3LYP）方法对具有多功能的材料TPP最优几何结构进行了基组相关性分析,分析结果表明引入极化函数可以更为准确地描述化合物的结构特征和电子结构特征。在B3LYP/6-31G（d）水平上优化的几何结构与晶体数据符合地非常好。对中性分子电子结构进行的研究表明前线分子轨道很大程度上定域在三个螺环侧基上,电荷的注入对分子结构的影响非常小,解释了分子结构的稳定性和微孔结构稳定性的原因。在此基础上,可以进一步进行特殊功能材料的分子设计。 在Gaq3分子几何结构和光学性质的研究中发现,用带有弥散和极化函数的基组（6-31+G*）以及考虑电子相关性的方法（DFT-B3LYP）可以准确地描述基态分子几何结构。在TD-B3LYP/3-21G*水平上计算得到的λabs和λem（分别为426和531nm）与理论实验值（分别为393和526nm）符合得最好,在TD-B3LYP/6-31+G*水平上计算得到的Stokes位移（122nm）与实验值（133nm）符合得最好。对于相同的Mq3材料,我们的研究显示用Ga取代Al后,对光学性质的影响更多地归因于几何参数的变化而不是金属中心d轨道。因此对实验结果的解释提供了有力的理论依据。 用DFT（B3LYP/6-31G*）方法计算了“CH”/N取代Alq3和Gaq3中喹啉配体形成衍生物的平衡几何构型。在HF/6-31G*水平对所有的化合物进行了FMO和能隙的计算。计算结果显示相对于分子母体,HOMO和LUMO是稳定的,能隙的增加/减小取决于取代基的位置。在TD-B3LYP/3-21G*水平上估算了取代基对吸收和发射光谱的影响。例如5-取代 8-羟基喹啉衍生物的光谱发生了蓝移,4-取代 8-羟基喹啉衍生物的光谱发生了红移。同样7-和2-取代衍生物的光谱也发生了明显的蓝移和红移。同时也讨论了光谱位移与金属-配体键联之间的相关性。研究结果表明在配体上不同位置N杂原子的引入可以成为发光颜色调制的有效手段。 用DFT研究了单核{H2B[3,5-（CF3）2Pz]2M（2,4,6-Cn）},M1,和双核{[3,5-（CF3）2Pz]M（2,4,6-Cn）}2,M2（其中M=Cu,Ag;Pz=Pyrazine,Cn=Collidine）的基态与激发态。用B3LYP方法计算了分子的电子性质,用TD-B3LYP方法计算了单重激发态和三重激发态能量。对于Cu1,Cu2,Ag1和Ag2来说,计算得到的最低单重态（三重态）能量分别为3.57（3.36）,3.72（3.53）,4.86（4.44）和4.54（3.96）eV。因为两个最高占据分子轨道（Cu1和Cu2:68-72.8%,Ag1和Ag2:43.5-48.5%）具有金属d特征,计算得到的所有的跃迁可以归属为MLCT跃迁。对络合物的发射光谱进行分析可知,三重态仅定域在可见区域,发射波长分别为418.55nm（Cu1）,420.50nm（Cu2）和423.15nm（Ag2）,与

论文目录

• English abstract
• Chinese abstract
• Table content
• CHAPTER 1: Introduction
• 1. Tris（o-phenylenedioxy）cyclotriphosphazene （TPP）
• 1.1 Clathrate materials
• 1.2 Properties and applications
• 2. Organic Light Emitting Devices （OLED） materials
• 2.1 Light Emitting Diodes
• 2.2 Structure of Organic Light Emitting Diodes
• 2.3 8-Hydroxyquinoline-Metal Complexes
• 2.4 Transition metal complexes
• References
• CHAPTER 2: Quantum Chemical Methods
• 1. The Schrodinger equation
• 2. The Bon-Oppenheimer approximation
• 3. The Hartree-Fock method
• 3.1 Slater determinant
• 3.2 Post Hartree-Fock Method
• 3.3 Mφller-Plesset perturbation theory
• 3.4 Configuration Interaction
• 3.5 Coupled Cluster
• 4. Roothaan's equations
• 5. Density functional theory （DFT）
• 6. Time dependent Haltree-Fock and Density Fonctional Theory （TDHF and TDDFT）
• References
• CHAPTER 3: Theoretical study of tris（o-phenylenedioxy） cyclotrisphasphazene （TPP） electronic structure with ab initio and DFT methods
• 1. Introduction
• 2. Computational methods
• 3. Results and discussion
• 3.1 The ground state geometry
• 3.2 Frontier orbitals analysis
• 3.3 Cation and anion
• 4. Conclusion
• References
• CHAPTER 4: Molecular geometry, electronic structure and optical properties study of meridianal tris（8-hydroxyquinolinato）gallium（III） with ab initio and DFT methods
• 1. Introduction
• 2. Computational methodology
• 3. Results and discussion
• 3.1 Ground state structure
• 3.2 First excited state and optical properties
• 4. The role of the central metal atom
• 4.1 A comparative study of mer-Alq3 and mer-Gaq3 electronic structures
• 4.2. The most likely true role of the metal atom
• 5. Conclusion
• References
• CHAPTER 5: "CH"/N substituted mer-Gaq3 and mer-Alq3 derivatives; an effective approach for the tuning of emitting color
• 1. Introduction
• 2. Computational methodology
• 3. Results and discussion
• 3.1 Ground states
• 3.2 The first excited state and photophysical properties
• 3.3 The Metal-ligand bonding nature and optical spectra shifts in the "CH"/N substituted Gaq3 and Alq3 derivatives should be correlated
• 4. Summary and conclusions
• References
• CHAPTER 6: DFT and TD-DFT investigation of the ground and excited states for dinuclear and mononuclear Copper（I）and Silver（I） complexes of 3,5-bis （trifluoromethyl） pyrazole and related Bis（pyrazolyl）borate
• 1. Introduction
• 2. Computational methods
• 3. Results and discussion
• 3.1 Ground states
• 3.2 Excited states
• 3.3. Comparison with experimental data available
• 4. Conclusion
• References
• Acknowledgement