一种基于芴的大环结构的有效降低内重组能的理论研究

作者：杨磊; 葛娇阳; 王访丽; 吴汪洋; 郑宗祥; 曹洪涛; 王洲; 冉雪芹^*; 解令海^*

来源：Acta Chimica Sinica, 2023, 81(06): 613-619.

• 芴
• 密度泛函理论
• 弱相互作用
• 重组能
• 电荷传输

有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛,但有机半导体材料的迁移率较低,不利于电子传输.本工作基于芴分子设计并计算研究了具有“口”型结构的一类新型网格结构(OF),与普通的大环分子相比,它具有可以横向延伸的几何结构.利用密度泛函理论研究了其分子结构,环张力能和各种电子性质,包括分子轨道、绝热电离势(IPa)、绝热电子亲和势(EAa)、重组能.此外,利用非共价相互作用和NormalMode(NM)分析方法分别研究了分子内的弱相互作用和每个振动模式对OF重组能的贡献.结果表明OF分子具有非常弱的环张力能(8.20 kJ/mol),比较容易在实验室中合成.通过分子内弱相互作用分析发现,由于cis-OF横梁上的两个芴单元距离较近并且产生了一定的角度,从而产生了π-π相互作用.与Bis-Fl1,Bis-Fl2,Quarter-Fl1和Quarter-Fl2相比, OF分子的IPa降低, EAa提升,证明了格子化效应能提高分子的空穴和电子注入能力.同时, OF具有较低的IPa,是一种非常具有潜力的p型分子材料.另外,当形成口字型芴格时, OF的空穴重组能和电子重组能都有所降低,说明格子化效应是有效降低重组能的一种方式,为未来设计具有优秀电荷传输性质的有机半导体材料提供了一种有效的策略.

• 单位
  南京邮电大学; 南京工业大学