基于醌式—芳香式結構共聚物分子設計及其導電性質的研究.pdf

1、本文通過密度泛函理論(DFT)方法研究了一系列由醌式和芳香式結構共聚形成的化合物的電子結構和導電性質。同時討論了在傳統(tǒng)醌式和芳香式結構基礎上改進的基于碳橋鍵連接的醌式和芳香式結構共聚物的電子結構和導電性質。另外,本文嘗試了突破經典的芳香性環(huán)作為導電聚合物材料的傳統(tǒng),研究了反芳香性物質作為有機導體的導電性能。
　　 在第一節(jié)中,我們簡要介紹了有機導電聚合物的發(fā)展狀況,導電機理及應用。另外,我們還介紹了幾種導電聚合物的研究現(xiàn)狀及我們

2、所做工作的研究基礎及本工作的意義。
　　 在第二節(jié)中,我們主要介紹了本文使用的理論計算方法,重點講解了基本原理和一些常用方法。另外還介紹了研究中使用到的一些重要的理論分析方法和手段,包括分子中的原子理論(AIM),核獨立化學位移(NICS)分析和自然鍵軌道理論(NBO)。
　　 在第三節(jié)中,我們主要研究了五個不同的醌式受體和不同數量的噻吩環(huán)供體組成的共聚物的幾何構型和電子結構,希望弄清楚醌式和芳香式結構聚合物的電子結構及

3、其導電性的本質關系。對于這些化合物,鍵長交替分析表明所有的單體分子展示芳香式骨架結構,而它們的聚合物,有醌式和芳香式骨架兩種結構。此兩種結構各有特色,電子結構相差較大,NICS分析表明醌式結構聚合物的電子主要集中在環(huán)間,而芳香式結構的電子主要局域在環(huán)上。分子內電荷轉移表明供體受體導致的電荷轉移并不是得到小帶隙的本質原因,我們發(fā)現(xiàn)帶隙的變化緊密聯(lián)系著醌式和芳香式結構的轉變,且在醌式和芳香式結構轉變的交界處,會產生最小帶隙。
　　

4、在第四節(jié)中,我們對基于碳橋鍵連接的醌式和芳香式結構所形成的四個新化合物的幾何和電子結構及它們與能隙值的關系進行系統(tǒng)的研究。鍵長交替,BCPs和NICS分析用來檢測分子幾何和電子結構及共軛度的變化情況。結果顯示,分子的共軛性隨著聚合度的增加而增強,特別是醌式單元的醌式性質相比較于母體分子明顯減弱,也導致LUMO軌道能量全面降低,最終得到更小的能隙值。此外,SN的弱相互作用在提高分子平面性,穩(wěn)定HOMO和LUMO能級,降低能隙方面也有重要作

5、用。模擬外加電場研究表明外加電場能使π電子移動,帶隙值降低。帶結構分析表明,四個新聚合物的帶隙很窄(0.28-0.67eV),帶寬較寬,有效質量小,這四個新聚合物分子是潛在的有機導體。
　　 在第五節(jié)中,我們對反芳香性物質pentalene及其氮原子取代衍生物的電子結構和性質進行了研究。計算結果表明所有的單體分子都以單重態(tài)基態(tài)結構存在且有顯著的單雙鍵鍵長交替。從二聚體開始,由于氮原子和分子對稱性的影響,分子結構發(fā)生了變化,被分成