8-羟基喹啉铝及其衍生物的第一性原理研究

摘要

有机电致发光器件由于其优异的特性而受到越来越多的关注。八羟基喹啉铝成为了有机电致发光器件的明星材料，这是由于其具有绿色发光，好的电子特性和高达350℃的热学稳定性。作为一种发光波长在526nm的绿色发光材料，八羟基喹啉铝不能满足全色发光。为了寻找不同发光波长的有机材料，已经有了大量关于八羟基喹啉铝的类似物的报道。本文利用第一性原理，对八羟基喹啉铝及其衍生物的相关性质进行了研究。
　　 主要工作内容如下：
　　 (1)使用B3LYP结合6-31G*基组对Alq3及其双氟衍生物的基态结构进行了优化，采用CIS方法来优化它们的激发态结构。此外，还是用TDDFT方法结合PBE0和6-31G*基组来研究了它们的发光性质。Alq3的双氟衍生物与Alq3相比，其基态几何结构有着小的变化。Alq3及其衍生物的前线轨道分布一致，最高占据轨道主要分布在L3配体，而在L1配体上很少分布。最低未占据轨道则主要分布在L1配体上。3，5双氟衍生物，3，7双氟衍生物，4，5双氟衍生物的带隙变小，光谱红移，而其余双氟衍生物则的带隙增大，光谱表现出蓝移。此外，还研究了所有分子的载流子输运性质。
　　 (2)用B3LYP结合6-31G*基组对2Meq2AlOPh(bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum)及其衍生物的基态结构进行了优化。衍生物的基态结构与2Meq2AlOPh的结构相差不大。最低未占据轨道主要分布在A和B配体上，而最高占据轨道则分布在C配体上。从受电子基团到给电子基团，带隙逐渐变小。受电子基团的引入使得带隙增大，而给电子基团的引入则使得带隙减小，受电子基团的引入还提高了电子的注入能力。计算了所有分子的重组能，可知，所有的分子都是较好的电子传输材料。
　　 (3)使用B3LYP结合6-31G*基组对Alq3(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)和Gaq3(tris(8-hydroxyquinoline)gallium)的基态结构进行了优化，采用CIS方法来优化它们的激发态结构。此外，还是用TDDFT方法结合PBE0和6.31G*基组来研究了它们的发光性质。Gaq3的前线轨道分布与Alq3的前线轨道分布类似。中心金属对前线轨道没有贡献。Gaq3的发光光谱相对于Alq3来讲，有微小的红移。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 有机电致发光器件的研究进展

1.3 有机电致发光器件的发光原理和基本结构

1.3.1 器件发光原理

1.3.2 器件结构

1.3.3 电荷注入与传输材料

1.4 八羟基喹啉类金属配合物

1.5 有机电致发光器件的优点

1.6 本文的主要工作

第2章 理论计算原理与方法

2.1 前言

2.2 量子力学基本假设

2.3 薛定谔方程式

2.4 波恩-奥本海默近似法

2.5 分子轨道理论

2.6 哈特里-福克方程

2.7 密度泛函理论

2.8 运算方法

第3章 Alq3的双氟衍生物的理论泛函研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 mer-Alq3及其衍生物的基态几何结构

3.3.2 mer-Alq3及其衍生物的激发态几何结构

3.3.3 前线分子轨道

3.3.4 光学性质

3.3.5 载流子迁移性质

3.4 本章小结

第4章 2Meq2AlOPh及其衍生物结构和电子性质的密度泛函研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

4.3.12Meq2AlOPh及其衍生物的基态几何结构

4.3.2 前线轨道

4.3.3 电子注入能

4.3.4 重组能

4.4 本章小结

第5章 Xq3(X=Al,Ga)结构和电子性质的密度泛函研究

5.1 引言

5.2 计算方法

5.3 Xq3结果与讨论

5.3.1 Xq3(X=Al,Ga)的几何结构

5.3.2 前线分子轨道

5.3.3 光学性质

5.4 本章小结

第6章 总结

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

谢辞

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况