主族元素对过渡金属配合物光电性质调控的理论研究

摘要

磷光过渡金属配合物因其具有良好的光物理性质和电子结构的多样性已经成为信息显示、存储和传感等领域的重要研究课题。尤其是在发光材料的领域,过渡金属铂、铱和铼配合物因为重金属原子的引入可以利用其三线态激子的辐射衰减来提高发光效率,所以引起人们极大兴趣。随着研究的深入,通过量子化学方法来研究材料的分子设计、电子结构、激发态性质、光物理性质以及电荷转移性质越来越重要。
　　本文通过量子化学计算研究了一系列铂、铱和铼过渡金属配合物的电子结构、激发态性质、光谱性质和载流子传输性质,为新型有机光电材料提供理论基础。主要研究内容由以下三部分组成：
　　1. 采用DFT方法研究了一系列C^N配体上含有不同主族元素的Pt(II)配合物的电子结构、光谱性质与激发态性质。研究发现不同主族元素的引入可以对吸收光谱进行调控,1-B具有最大的红移,与能隙最小相一致。同时也可以调节电荷传输性质, 1-B拥有较好的电荷传输性能。通过引入不同主族元素来调控分子的光电性质,以获取高性能的功能材料。
　　2. 采用DFT方法对一系列N^N配体上含有不同主族元素的Re(I)金属配合物进行研究。Re(I)的配位作用可以有效地增加吡啶和咪唑的共平面性,导致 π 共轭程度增强。因此近红外的光致变色可以通过配位后的共平面性增加和光环化反应来实现。另外,与 Re(I)配位后,空穴注入与传输速率下降而电子注入能力上升。光环化反应导致空穴和电子的传输平衡性更好。当主族元素为硼时的米基硼基团对该体系化合物的光物理性质、载流子接受与传输性质有较大影响,此类配合物也可以用作近红外氟离子探针。
　　3. 以一系列含有不同主族元素的环金属Ir(III)配合物作为研究对象,采用DFT方法研究了配合物N^N配体上不同主族元素对配合物光物理性质和载流子传输性质的影响。研究发现,主族元素对分子基态结构的影响不明显,但是对分子轨道能级和能隙具有较大影响,1-B、1-N和1-P的吸收光谱与1相比红移,红移最多的是1-N,其余配合物蓝移且效果不明显。另外,1-N的空穴注入能力最好,1-P电子传输速率大于空穴,与1相反。所以,可以选择不同主族元素来调控该类配合物的光谱性质和电荷传输性能。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2电子激发态理论

1.3有机金属配合物的发光原理

1.4分子轨道理论

1.5密度泛函理论

1.6时间依赖密度泛函理论

1.7基组的选择

1.8溶剂化效应

1.9载流子迁移率的计算

1.10选题意义及研究内容

第二章 含主族元素二芳烯Pt(II)配合物的理论研究

2.1引言

2.2计算方法

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 含主族元素二芳烯Re(I)配合物的理论研究

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 N∧N配体含主族元素的Ir(III)配合物的理论研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢