共轭型导电聚合物的量子化学研究

论文摘要

本工作采用量子化学密度泛函方法（DFT），分别对吡啶、聚吡啶PPY、5，10-dimethylene-5，10-dihydroindolo[6，5-f]indole（DDI）及其聚合物（trans-PDDI与cis-PDDI）的结构与性质进行研究，从理论角度探究了结构与导电性的关系。1．聚吡啶PPY性质的量子化学研究采用密度泛函理论（DFT）在B3LYP／6-31G（d）水平上对吡啶及聚吡啶PPY的二聚体到八聚体进行了全优化，并对优化结构进行了布居计算及热力学计算。在相同计算水平上，对聚吡啶PPY的能带结构及态密度进行了分析。结果表明，吡啶分子具有平面结构，聚吡啶存在稳定的链式结构。聚吡啶PPY易于n型掺杂，理论预测其也可以发生质子酸掺杂。聚吡啶PPY(C5nH3n+2Nn)的零点能（ZPE）、热容（Cv0）和熵（S0）均随n呈近线性增大。聚吡啶PPY的导电性随着聚合度的增大而增强，但通过增加聚合度来提高其导电性的能力是有限的。2．5，10-dimethylene-5，10-dibydroindolo[6，5-f]indole（DDI）及其聚合物（trans-PDDI与cis-PDDI）的量子化学研究采用B3LYP方法对DDI、trans-PDDI与cis-PDDI分子进行优化及相关计算，考虑到精度及效率，基组选择6-31G*。trans-PDDI与cis-PDDI的优化与能带计算采用一维周期边界条件。通过对DDI、trans-PDDI与cis-PDDI理论计算，结果表明：DDI分子及其低聚物具有稳定的平面结构，trans-PDDI与cis-PDDI为链式共轭结构聚合物；理论分析预测trans-PDDI与cis-PDDI为潜在的具有良好导电性的聚合物，而cis-PDDI导电性高于trans-PDDI。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 0.1 论文选题的背景
• 0.2 论文选题的意义
• 参考文献
• 第一节 计算理论基础
• 1.1 Hartree-Fock（HF）理论
• 1.2 相关能方法
• 1.3 基组
• 1.3.1 最小基
• 1.3.2 价层分裂基
• 1.3.3 极化基
• 1.3.4 弥散基
• 1.4 密度泛函理论（DFT）
• 1.4.1 基本原理
• 1.4.2 常用的DFT方法
• 1.5 自然键轨道理论（NBO）
• 1.6 能带理论
• 1.6.1 价电子的共有化模型
• 1.6.2 固体能带
• 参考文献
• 第二节 聚吡啶PPY性质的量子化学研究
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 结构稳定性及化学键性质
• 2.3.2 净电荷分布
• 2.3.3 热化学性质
• 2.3.4 能带结构及态密度分析
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三节 5,10-dimethylene-5,10-dihydroindole[6,5-f]indole及其聚合物的量子化学研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电荷布居
• 3.3.2 化学键性质
• 3.3.3 能隙与NICS
• 3.3.4 能带结构
• 3.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 已完成论文