有机小分子电致发光材料的理论研究

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中文摘要：本文用量子化学方法系统研究了如下5个体系：(1)噁二唑和三唑衍生物；(2) 8-巯基喹啉类金属配合物；(3)苯酚和1-萘酚；(4)硼化合物；(5)磷光材料铂配合物。首先，采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法，对1,3,4-噁二唑(OXD)衍生物和1,2,4-三唑(TRI)衍生物两类电子传输材料在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算。结果表明，1,3,4-噁二唑(OXD)衍生物的电子传输过程主要是分子内噁二唑上的N→O电子转移，1,2,4-三唑(TRI)衍生物的电子传输过程主要是分子内三唑上N(双键)→N(单键)以及三唑环向与N相连的苯环电子转移。当其苯环上3位被拉电子基团取代后，其电子传输性能提高；而被给电子基团取代后，电子传输性能降低。其次，采用从头算(ab initio)和密度泛函理论(DFT B3LYP)方法，对配合物8-巯基喹啉锌Zn(tq)2及其5种衍生物基态结构进行优化，用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31+G(d)基组计算吸收光谱；同时用ab initio HF 单激发组态相互作用(CIS)法在6-31G(d)基组上优化其最低激发单重态几何结构，用含时密度泛函理论计算发射光谱。结果表明，电子在基态与激发态间的跃迁，主要是在配体8-巯基喹啉(tq)环内的电荷转移，电子从含S的苯硫酚环转移至含N的吡啶环上；吸收光谱和发射光谱的计算值与实验值基本符合。该类配合物都是优良的电子传输材料，改变金属离子和取代基均可以调控发光材料的光谱波段。第三，用ab initio HF以及单激发组态相互作用(CIS)在6-31G(d)基组上分别优化了苯酚和1-萘酚在酸性和碱性溶液中存在的几种形式C6H5OH2+，C6H5OH，C6H5O-与C10H7OH2+，C10H7OH，C10H7O-的基态及最低激发单重态的几何结构，用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31+G(d)基组计算了它们的荧光光谱，根据前线分子轨道对称性，荧光光谱及质子亲和能探讨了两种物质在酸性和碱性溶液中具有不同荧光现象的原因。计算表明，在酸性条件下，苯酚主要以C6H5OH和C6H5OH2+形式存在，1-萘酚主要以C10H7OH2+形式存在；在碱性条件下，苯酚则以C6H5O-形式存在，1-萘酚以C10H7OH和C10H7O-形式存在。计算结果与实验结果一致。第四，采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法，对N-[(4’-二荚基硼基)联苯-4基]-N-苯基萘-1-胺(BNPB)以及5种结构类似于BNPB的化合物：(1)4’-联苯硼基-N,N-二苯基联苯-4-胺，(2)N1-[(4’-3-氨基苯基苯基硼基)联苯-4-基]-N1-二苯基-1,3二胺，(3)3-[(4’-3-氰苯基苯基氨基)联苯-4-基-苯基硼基]-苄腈，(4)3-[(4’-3-氨基苯基苯基硼基)联苯-4-基-苯基氨基]-苄腈，(5)3-[(4’-3-氨基苯基苯基氨基)联苯-4-基-苯基硼基]-苄腈在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算，并用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31G(d)基组计算它们的吸收光谱，从电离势，电子亲和能以及HOMO与LUMO的能级差等方面深入探讨不同取代基对电子传输，空穴传输以及发光波长的影响，结果表明：化合物1-5都是既具有电子传输能力，又具有空穴传输能力的多功能电致发光材料。通过改变与N原子或B原子相连的苯环上的取代基，可以获得不同电子传输能力和空穴传输能力以及不同吸收和发光波段的多功能电致发光材料。最后，采用DFT B3LYP方法，在Lanl2dz基组水平上对四种1,3-二(吡啶-2-基)苯及其衍生物的铂配合物分子结构进行全优化，然后用TD-DFT(B3LYP/Lanl2dz)计算其吸收光谱。结果表明：计算得到的1,3二吡啶苯及其衍生物的铂配合物的几何结构参数和吸收光谱与实验值相当接近，该方法可以准确预测此类化合物的电子光谱。该类化合物的电子跃迁都具有MM(X)L’LCT的特征，通过改变配体可以有效调节电子跃迁能级。

作者：

李小兵

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关键词：

有机小分子电致发光材料含时密度泛函理论电离能电子亲和能吸收光谱铂配合物

授予学位：

硕士

学科专业：

物理化学

导师：

王学业

学位年度：

2006

学位授予单位：

湘潭大学

语种：

中文

中图分类号：