溶剂诱导的D-σ-A型窄带隙二对物及三对物分子内电荷转移过程的理论研究

摘要

由强电子给体与强电子受体基团通过饱和a桥键连而成的D-σ-A型二对物及A-σ-D-σ-A型三对物分子化合物，极易受环境因素的诱导发生分子内的电荷/电子转移(ICT)，而表现出双稳态。该特性为分子水平上设计和制作多功能的有机分子材料提供了极大可能性，已成为新型分子器件的研究热点。
　　 针对这类可能具有双稳态特性的桥连二对物与三对物分子，本文基于现有的理论溶剂模型，采用量子化学计算，系统地研究了一系列基于TTF(TTF=trathiafulvalene)为电子给体的D-σ-A型二对物及A-σ-D-σ-A型三对物分子的电子结构性质，以及溶剂对这类化合物电子态及相关性质的影响。具体结果总结如下：
　　 一、对于强电子给体（D=TTF及其衍生物）与强电子受体(A=TCNQ:tetraeyano-p-quinodimethane及其衍生物)组成的一系列D-σ-A型二对物，如自由基分子EDT-TTF-Im-F4TCNQ、TTF-TCNQ分子，使用连续介质溶剂模型考察溶剂极性对他们的分子内电荷转移程度的影响，可以发现随着溶剂极性的增加，分子内电荷转移程度会增大，相应的电子基态表现出不同特征的吸收光谱。
　　 二、对于强电子给体(D=TTF及其衍生物)与较弱电子受体(A=60P:6-oxophenalenoxy或BQ:benzoquinone)形成的D-a-A型二对物TTF-60P、TTF-BQ分子，我们发现由于60P与BQ基团都是属于受电子能力较弱的受体，即使是在强极性的非质子溶剂中，溶剂场的极化作用仍不能诱导明显的分子内电荷转移，分子并非以电荷分离态的形式存在。在相近极性的质子溶剂中，由于存在溶质受体基团和溶剂分子间的近程化学作用一氢键，受体基团的接受电子能力得到加强，分子内电荷转移也明显增强，溶质分子以电荷分离态的形式存在。而在模拟质子溶剂的溶剂效应时，须慎重处理溶质一溶剂分子间可能存在的直接近程作用（如氢键）。简单的CPCM模型往往因忽略溶质—溶剂分子间直接近程作用（氢键）的微观细节而给出不合理的溶剂效应描述，而离散一连续介质模型因考虑了溶质一溶剂分子间近程氢键作用，可以很好的描述质子溶剂的溶剂效应。
　　 三、对于三对物“S