新型低带隙聚合物结构和性质的理论研究.PDF

中国科学: 化学 2012 年 第42 卷 第7 期: 1 ~ 12 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 新型低带隙聚合物结构和性质的理论研究 * 邓理丹, 李明, 解晓华, 刘彬瑶, 申伟 西南大学化学化工学院, 重庆 400715 *通讯作者, E-mail: shenw@ 收稿日期: 2011-06-22; 接受日期: 2011-08-29 doi: 10.1360/032011-404 摘要 本文将 3,4-次乙烯二氧噻吩(VDOT)与噻吩并[3,4-b]吡嗪(TP), 呋喃并[3,4-b]吡 关键词 嗪(FP)和 6H-吡咯并[3,4-b]吡嗪(PP)组合, 获得了一系列 3,4-次乙烯二氧噻吩衍生物. 采 3,4-次乙烯二氧噻吩 密度泛函理论 用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G*理论水平下对其单体、低聚物和聚合物的结构和 电子性质 电子性质进行了深入的理论研究. 通过分析键长的变化、中心键性质, Wiberg 键级(WBI) 带隙 以及核独立化学位移, 发现随着聚合度的增加物质的共轭性也随之增加. 为了了解不同 导电材料 的VDOT 与TP 、FP 、PP 比例对电子性质的影响, 对V-P 比例为1:1、1:2 和2:1 时的计 算结果进行了对比分析, 结果表明, V-P 比例为1:2 化合物共轭性最好, 而2:1 的共轭性 最差. 由于 1:2 的二聚物具有较大的电子迁移速率, 其相应的聚合物可能是潜在的电子 传输材料. 同时, 聚合物的能带结构显示 V-P 比例为 1:1 的聚合物(包括(VDOT-TP)n, (VDOT-FP) 和(VDOT-TP) )具有相对低的带隙和很宽的带宽, 可以做为潜在的导电材料. 另 n n 外, (VDOT-BTP) 和(VDOT-BFP) 有着非常低的带隙(分别为0.73 和0.87 eV), 且拥有合适的带 n n 宽, 也是良好的本征导电材料. 1 引言 取代[12~14]; (2) 引入稠环体系[15~17]; (3) 组成梯型聚合 物[18~20]; (4) 在共轭聚合物主干或环结构中并入杂原 从1977年发现具有共轭主干的聚合物有导电潜力以 子[10]. 尽管这些方法都可以降低能隙, 但最有效的是 来[1], 导电聚合物已被广泛用于有机发光二极管[2~5]、有 将供体受体单元重复交替的策略, 由于供体受体之 [6] [7] [8] 机光伏器件 、有机太阳能电池 、有机薄膜晶体管 间的推拉作用, 使得电子有效地在分子内发生转移, [9] 和化学与生物传感器 等有机光电子器件. 众所周知, 导致电子的离域性增强, 从而降低聚合物的带隙. 聚合物的导电性