基本信息
- 项目名称：
- 星型BODIPY端基三聚茚衍生物的分子设计与光物理性质
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文设计了四个新的星型BODIPY端基三聚茚衍生物，并计算了结构、光谱及电荷传输性。通过调节中间共轭桥链的构型，可以改变能隙及激发能的大小，大幅调整吸收光谱范围及强度。荧光发射与寿命计算预测表明，经过泛函误差校正后的T3TEB体系发射峰将会红移到红光区域。重组能结果表明，改变桥链的共轭性，对电荷传输性能的影响较大。
- 详细介绍：
- 本文设计了四个新的星型BODIPY端基三聚茚衍生物，并采用密度泛函理论PBE0和B3LYP方法计算了电子结构、光谱及电荷传输性。结果表明，通过调节星型BODIPY端基三聚茚衍生物的中间共轭桥链的构型，可以改变能隙及激发能的大小，大幅调整吸收光谱范围及强度。荧光发射与寿命计算预测表明，经过泛函误差校正后的T3TEB体系发射峰将会红移到红光区域，有望在红光材料中有一定的应用价值。重组能结果表明，改变桥链的共轭性，对电荷传输性能的影响较大。其中，T3TEB的空穴传输较为突出，在空穴传输材料和电子阻挡材料方面呈现出潜在的应用价值，而T3PAB可作为双极材料。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 利用现代量子化学密度泛函理论方法实现新的发光材料进行分子设计。对以BODIPY为端基的三聚茚星型衍生物进行基态几何优化,在基态几何构型的基础上，分别用TD-PBE0和TD-B3LYP方法计算四个体系的垂直激发能，依据电荷差分密度和跃迁密度矩阵方法，对比光谱进行指认。用TD-DFT方法计算模拟荧光光谱，利用爱因斯坦方程预测荧光寿命，并通过重组能计算指出此类体系的电荷传输本质。
科学性、先进性及独特之处
- 近年来，通过引入星型分子提高材料的传输能力与发光性能是改良材料、探索新型材料的重要手段之一。然而，对于星型材料的发光机理、结构与光谱性能的关系还不太明确，相关的理论研究还比较少。本论文通过运用密度泛函理论方法分别计算及设计了系列端基的星型分子，着重研究了分子结构与发光性能、结构与载流子传输特性及电子结构和电子能态与发光行为等之间的关系，为设计合成新星型白光材料提供了重要的理论依据。
应用价值和现实意义
- BODIPY染料稼接于三聚茚核上的星型超分子是有机功能材料的新星，采用密度泛函理论研究不同共轭桥的星型BODIPY端基三聚茚衍生物的电子结构、光谱及电荷传输性。根据TDDFT方法解析电子跃迁特征，考察体系中三聚茚核、桥链、BODIPY端基在电荷转移中的角色，探索不同桥链对电荷传输和荧光寿命的影响，为该类化合物的合成及应用提供理论指导。
学术论文摘要
- 本文采用密度泛函理论PBE0和B3LYP方法对四个新设计的不同共轭桥星型BODIPY端基三聚茚衍生物的电子结构、光谱及电荷传输性进行了计算与研究。结果表明，通过调节共轭桥链的构型，可以改变能隙及激发能的大小，大幅调整吸收光谱范围及强度。荧光发射计算预测表明，经过泛函误差校正后的噻吩乙烯桥体系(T3TEB)发射峰将会红移到红光区域，有望在红光材料中有一定的应用价值。重组能计算表明，桥链的共轭性对电荷传输影响较大，T3TEB可应用于空穴传输材料和电子阻挡材料，而苯乙炔桥体系(T3PAB)空穴与电子传输能力相当，可作为双极材料。
获奖情况
- 投稿于《化学学报》并且接受排版中。
鉴定结果
- 研究了分子结构与发光性能、结构与载流子传输特性等之间的关系，得出规律性的结论，为设计合成新星型功能材料提供了重要的理论依据。论文书写规范，逻辑性强，数据可靠，是一篇优秀的本科生论文。
参考文献
- 1.Reineke, S.; Lindner, F.; Schwartz, G.; Seidler, N.; Walzer, K.; Lussem, B.; Leo, K. Nature 2009, 459, 234. 2.Murphy, A. R.; Frechet, J. M. J. Chem. Rev. 2007, 107, 1066. 3.Kulkami, A. P.; Zhu, Y.; Babel, A.; Wu, P. T.; Jenekhe, S. A. Chem. Mater. 2008, 20, 4212. 4.Nicolas, Y.; Blanchard, P.; Levillain, E.; Allain, M.; Mercier, N.; Roncali, J. Org. Lett. 2004, 6, 273. 5.de Bettignies, R.; Nicolas, Y.; Blanchard, P.; Levillain, E.; Nunzi, J. M.; Roncali, J. Adv. Mater. 2003, 15, 1939. 6.Pei, J.; Wang, J. L.; Cao, X. Y.; Zhou, X. H.; Zhang, W. B. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9944. 7.Cao, X. Y.; Zhang, W. B.; Wang, J. L.; Zhou, X. H.; Lu, H.; Pei, J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12430. 8.Arroyo, I. J.; Hu, R. R.; Merino, G.; Tang, B. Z.; Pena-Cabrera, E. J. Org. Chem. 2009, 74, 5719. 9.Loudet, A.; Burgess, K. Chem. Rev. 2007, 107, 4891. 10.Diring, S.; Puntoriero, F.; Nastasi, F.; Campagna, S.; Ziessel, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6108.
同类课题研究水平概述
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