分子内非键相互作用构建软共轭光电功能分子

摘要

本研究针对有机π共轭分子优异的光电性质和加工性能之间的内在矛盾，提出软共轭分子，利用分子内非键相互作用构象锁定柔性平面结构，实现溶液态下非平面和固态下平面结构来增强光电性能。通过利用SN、NH和FS足够强的弱相互作用克服热波动、空间效应和其他排斥作用迫使相邻芳环平面构建软共轭分子，发现扭转势垒、前线轨道能级、能隙、重组能等与刚性共轭分子具有相当的光物理性质。综合理论研究，详细阐述了软共轭分子的结构设计原理。综合密度泛函理论研究呋喃与噻吩构筑单元的光电性质，发现呋喃体系即使没有弱相互作用，依然能保持软共轭分子构象，扭转势垒分析发现呋喃同样可用于溶液加工制备，并且高度离域的电子云、合适的前线轨道能级、能隙、吸收和发射光谱、更小的Stokes位移都证明了呋喃构筑单元拥有类似于噻吩的光电性质。以呋喃构筑单元的优良光电性质为启发，构建基于噻吩、呋喃单元的寡聚物，发现随着链节的增加，寡聚物依然能保持平面的分子构象，电子云离域于整个分子骨架，同时通过RDG分析和扭转势垒分析发现聚呋喃拥有可溶液加工性质并且具备高器件性能的优良潜力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1有机半导体材料

1.2有机共轭材料

1.3可溶液加工材料

1.4弱相互作用

1.5课题选择的意义及研究内容

第二章 相关背景知识介绍

2.1密度泛函理论

2.2含时密度泛函理论

2.3内部重组能

2.4键级

2.5原子偶极矩校正的Hirshfeld布居（ADCH）

2.6约化密度梯度（RDG）分析

2.7扭转势垒

第三章 软共轭分子结构的设计原理

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 分子内非键相互作用设计基于噻吩、呋喃的构筑单元

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 理论研究高性能的噻吩、呋喃寡聚物光伏材料

5.1引言

5.2计算方法

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢