π-π堆积作用下聚对苯撑乙炔低聚物及其衍生物吸收光谱性质研究

摘要

非共价键相互作用在一些重要领域扮演着最基础的角色，包括:超分子化学、药物设计、蛋白质折叠、晶体工程以及分子科学的其他方面。尤其，基于芳香环间的π-π相互作用，广泛存在于生物、化学和材料体系中，控制着许多有机材料的性能。其中，聚对苯撑乙炔(p-PPE)为链状刚性共聚物，近年来被广泛应用于光学材料领域。但相关实验研究发现，单分子与凝聚相及其薄膜的光谱性质存在一定差异。本文在聚对苯撑乙炔(p-PPE)单链性质的研究基础上，通过自主装的方法设计p-PPE低聚物的可能堆积结构，利用密度泛函方法研究链间π-π堆积作用对其光学性质的影响。本文中共设计了四类含有π-π堆积的目标分子体系。第一类为聚对苯撑乙炔低聚物(p-PPE)双链耦合吸收光谱性质研究;第二类为2，5位氰基取代p-PPE双链耦合吸收光谱性质研究;第三类为2，5位羟基取代p-PPE双链耦合吸收光谱性质研究;第四类为p-PPE多层堆积体系吸收光谱性质研究。我们主要通过对p-PPE低聚物及其衍生物双层及多层构型进行势能面扫描、激发态计算和吸收光谱模拟、分子轨道电荷布居以及跃迁机理分析等来讨论共轭链堆积方式和推拉电子基团对π-π耦合作用的影响。结果表明，与相应的单链低聚物相比，π-π耦合堆积体系表现出最强吸收峰蓝移、结合能线性增长、轨道电荷布居离域等特点。此外，无论是推电子基还是拉电子基都有利于π-π堆积的形成。当然，我们的研究可能有助于进一步讨论有机固体材料的光学特性和表面纳米材料的调制。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 π-π堆积作用研究背景

1．1．1 早期发现

1．1．2 研究进展

1．1．3 研究意义

1．2 理论方法和应用软件

1．2．1 密度泛函理论

1．2．2 Gaussian 09软件包简介

1．2．3 Multiwfn程序简介

1．3 研究内容

1．4 研究思路

参考文献

第二章 p-PPE低聚物双链耦合吸收光谱性质研究

2．1 引言

2．2 方法和模型

2．2．1 模型构建

2．2．2 计算细节

2．3 结果和讨论

2．3．1 结合能和耦合距离

2．3．2 紫外吸收光谱分析

2．3．3 激发态性质分析

2．3．4 轨道跃迁机理分析

2．3．5 轨道耦合可能性分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 2，5位氰基取代p-PPE双链耦合吸收光谱性质研究

3．1 引言

3．2 方法和模型

3．3 结果和讨论

3．3．1 DCN-PPE基态分子结构

3．3．2 结合能和耦合距离

3．3．3 紫外吸收光谱分析

3．3．4 激发态性质分析

3．3．5 轨道跃迁机理分析

3．3．6 轨道耦合有效性分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 2，5位羟基取代p-PPE双链耦合吸收光谱性质研究

4．1 引言

4．2 方法和模型

4．3 结果和讨论

4．3．1 DHO-PPE基态分子结构

4．3．2 结合能和耦合距离

4．3．3 紫外吸收光谱分析

4．3．4 激发态性质分析

4．3．5 轨道跃迁机理分析

4．3．6 轨道耦合有效性分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 p-PPE多层堆积体系吸收光谱性质研究

5．1 引言

5．2 方法和模型

5．3 结果和讨论

5．3．1 耦合作用参数

5．3．2 紫外吸收光谱分析

5．3．3 激发态性质分析

5．3．4 轨道跃迁机理分析

5．3．5 轨道耦合有效性分析

5．4 本章小结

参考文献

附录

致谢