杂环共轭化合物有机发光材料的理论研究

摘要

本文运用量子化学方法系统地研究了如下3个体系:(1)n-型喹啉和喹喔啉与噻吩共轭嵌段共低聚物;(2)氮连(2,7)咔唑聚合物;(3)炔联咔唑聚合物。
　　首先,N-型喹啉与噻吩共轭嵌断共低聚物,6,6’-双(5-甲基-噻吩-2-)-4-苯基喹啉(B1TPQ),6,6’-双(2-2’-噻吩-5-)-4-苯基喹啉(B2TPQ),6,6’-双(2,2’,5’2”-噻吩-5-)-4-苯基喹啉(B3TPQ),均可用于有机发光二极管(OLEDs)。本文为了揭露n-型共轭嵌断共低聚物的电子结构和光学性质,设计出了与B1TPQ,B2TPQ,B3TPQ结构相似的一系列新的化合物(BITPQX,B2TPQX和B3TPQX)。用B3LYP密度泛函理论计算了中性分子的HOMO-LUMO能隙(ΔE),电离势(Ip)和电子亲和势(Ea)。本文还用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了最低激发能(Eg)和吸收光谱,最大吸收波长逐渐发生红移。计算结果表明,改变噻吩嵌段链的长度可显著地影响低聚物的光谱性能。
　　其次,氮连(2,7)咔唑聚合物P1是新型的有机发光二极管(OLEDs)材料。为了研究氮连(2,7)咔唑聚合物的电子结构和光学性质,本文设计了两种和P1相似的化合物P2和P3。本文用B3LYP/6-31G(d)对这些聚合物基态的几何结构进行全优化计算,同时,通过探索聚合物的HOMO和LUMO能级,能隙,电离势(Ip),电子亲和能(Ea)和最大吸收波长,阐明了在新的氮连(2,7)咔唑聚合物主链中,不同取代基显著地影响了聚合物的电子结构和光学性质。
　　最后,对聚合物(3,6-二叔丁基-N-十六烷基-1,8–咔唑烯)(P4),丁二炔桥连聚合物(3,6-咔唑)(P5),丁二炔桥连聚合物(2,7-咔唑)(P6)进行了理论研究。为了揭示这些多功能电致发光材料结构和性能的关系,分别用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)对这些聚合物基态和激发态的几何结构进行全优化计算,运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了他们的最低激发能(Egs),最大吸收波长和发射波长。其他重要的参数电离势(Ips)和电子亲和能(Eas)同样也进行了计算。从计算的结果表明,这些聚合物是优良的有机发光二极管(OLED)材料,由于他们具有好的空穴创造能力和高的蓝光发射。
　　本论文研究了一系列杂环共轭化合物有机发光材料,从理论上系统地分析和研究了他们的电子结构和发光性能。研究表明,通过密度泛函理论能够计算杂环化合物有机发光材料的几何结构,并获得其电子和光学性质。因此,可以将这种理论用于新发光材料设计。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及方向

1.2 理论计算的发展与理论计算的步骤

1.3 有机电致发光的器件的结构以及发光原理

1.4 有机电致发光常用材料

1.5 聚合物电致发光存在的主要问题

1.6 论文研究内容，目的和意义

第二章 n-型喹啉和喹喔啉与噻吩共轭嵌段共低聚物的理论研究

2.1 引言

2.2 计算方法

2.3 结果和讨论

2.4 小结

第三章 空穴传输电致发光材料氮连（2,7）咔唑聚合物的理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果和讨论

3.4 小结

第四章 发射蓝光的多功能材料炔联咔唑聚合物的理论研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果和讨论

4.4 小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间发表论文目录)