共轭聚合物及其多聚物电子性质的理论研究

摘要

本文采用密度泛函方法(DFT)研究了几类平面型共轭聚合物，并对它们的单体，多聚体的电子性质进行了进一步的计算和讨论。阐述了单体、多聚体和聚合体之间电子性质的内在联系，以及不同的取代基对它们的导电性的影响。 第一节，介绍了高分子导体的一些研究情况，并介绍了共轭聚合物的研究情况。共轭聚合物，由于存在特殊的共轭结构，在人们搜寻良好的有机导体时，受到广泛的关注。另外，在本章最后部分，概况了本文所做的工作和意义。 第二节，介绍了文中用到的理论计算方法——密度泛函理论，包括其基本原理和常用方法，以及一些基于密度泛函理论的常用软件包。另外还介绍了几种本文中用到的理论分析手段和方法：核独立化学位移(NICS)分析，自然成键轨道(NBO)分析及分子中的原子(AIM)理论。 第三节，主要研究了聚苯乙炔(PPV)、五种聚苯乙炔衍生物(PO、PFA、PFB、PCN、POCN)以及它们的单体、低聚体(二聚体、三聚体和四聚体)。对聚合物，详细分析了不同取代基对它们能带的影响，并从结构方面分析了共轭双键键长变化对能带的影响；对单体、低聚体，分析了不同取代基对它们能隙的影响，重点分析了单体、低聚体的NICS值。另外我们还从NBO分析和NICS分析两个角度阐述了低聚体和聚合体之间的联系：低聚体的wiberg键级分析表明，这些聚合体能带值相近时，它们的低聚体相应的Wiberg键级也相比较接近；而NICS的分析结果也得到相似结论，该系列聚合物的能带值相近时，它们的低聚体的NICS值也是比较相近。 第四节，用密度泛函方法分析了聚噻吩并[3，4-b]吡嗪(PPS)、聚呋喃并[3，4-b]吡嗪(PPO)、聚6氢．吡咯并[3，4-b]吡嗪(PPN)这三种聚合物和它们的多聚物。采用NICS作为考察共轭程度的一种依据，进行了详细的分析。NICS值的变化表明：在低聚物中，中心位置的共轭程度要比两端的强的多，而离聚合轴近的环的共轭程度变化辐度要大的多。 第五节，分析了几种聚噻吩并[3，4-b]吡嗪(PS)的衍生物以及它们的多聚物。对能带结构分析表明，低聚物的能隙值与其聚合物能带值没有必然的联系，即低聚物的能隙较大的，它们的能带反而可能较小。

目录

文摘

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第一节前言

1.1导电聚合物的研究状况

1.2几种典型的共轭聚合物

1.2.1聚对苯乙炔及其衍生物

1.2.2聚噻吩及其衍生物

1.2.3聚苯及其衍生物

1.3选题意义

参考文献

第二节理论基础

2.1密度泛函理论

2.1.1交换相关能泛函历史发展回顾

2.1.2交换相关能泛函分类简介

2.1.3密度泛函理论应用

2.2 DFT的周期性边界条件(PBC)计算

2.3电流密度与NICS

2.4电荷密度分析方法

2.4.1原子、键和分子结构的拓扑学定义

2.4.2成键临界点(BCPs)的性质

2.5自然键轨道理论(Nautual bond orbital，NBO)

参考文献

第三节聚苯乙炔衍生物及其单聚体、多聚体的电子性质

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果和讨论

3.3.1能带结构

3.3.2 NICS

3.4结论

参考文献

第四节噻吩并[3，4-b]吡嗪及其取代物的多聚体和聚合体的电子性质

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果和讨论

4.3.1中心键性质

4.3.2成键临界点(BCP)性质

4.3.3能带和能隙

4.3.4核独立化学位移(NICS)

4.4结论

参考文献

第五节聚噻吩并[3，4-b]吡嗪衍生物及其多聚物的电子性质

5.1引言

5.2计算方法

5.3结果和讨论

5.3.1能带和能隙

5.3.2中心键性质

5.3.3成键临界点(BCP)性质

5.3.4核独立化学位移(NICS)

5.4结论

参考文献

致谢

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