, 8, and 12) have been theoretically investigated by using the time-dependent density functional theory together with a set of extensive multidimensional visualization techniques. The results reveal that the length of the nT moiety strongly influences the charge transfer characters of these systems. The charge transfer ability is largely strengthened by introducing the porphyrin group and decreases with the length of the nT moiety. Also the adjustment of the electron transport mode of Por-nT-C60 triads by the length of the nT moiety was visualized. It is found that Por*-4T-C60 shows predominantly the energy transfer process generating Por-4T-1C60* but the charge transfer becomes predominant for other triads, such as the direct formation of -12T- via Por*-12T-C60. Furthermore, the process of --C60→Por-- via Por*-8T-C60 has been proved to be possible. Finally, the energetically most stable final charge transfer excited state is confirmed to be Por--."> 军事理论证据光诱导电子转移Porphyrin-Oligothiophene-Fullerene三合会 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果
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特殊的问题

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体积 2012年 |文章的ID 314896年 | https://doi.org/10.1155/2012/314896

山张、李元作静刘赵美玉,跃亿汉、勇叮,彭的歌,Fengcai Ma, ”军事理论证据光诱导电子转移Porphyrin-Oligothiophene-Fullerene三合会”,国际期刊的Photoenergy, 卷。2012年, 文章的ID314896年, 10 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/314896

军事理论证据光诱导电子转移Porphyrin-Oligothiophene-Fullerene三合会

山张,1 元作李,2 经刘,1 梅雨赵,3 跃亿汉,1 勇丁,1 彭的歌,1 和 Fengcai马1

1物理系,辽宁大学,沈阳110036年,中国

2科学学院、东北林业大学、哈尔滨150040年,中国

3理论模拟化学研究所根本和跨学科科学院哈尔滨工业大学,哈尔滨150080年,中国

学术编辑器:Ching-Song Jwo
收到了 2012年8月17日
修改后的 2012年10月22日
接受 2012年11月12日
发表 2012年12月10

文摘

地上,激发态的性质nT-C60二分体和运动nT-C60三合会( 8和12)理论上一起用含时密度泛函理论研究了一组广泛的多维可视化技术。研究结果表明,的长度nT一半强烈影响这些系统的电荷转移字符。电荷转移能力在很大程度上加强了通过引入卟啉组的长度增大而减小nT一半。运动的电子传递模式的调整nT-C60三合会的长度nT一半是可视化。发现为什么* 4 t-c60显示了能量传递过程主要产生Por-4T -1C60 *但是,电荷转移为其他三合会成为主导,比如直接形成 -12 t - 通过穷* -12 t-c60。此外,的过程 - - - - - - c60→难觅踪迹, - - - - - - 通过运动* 8 t-c60已经被证明是可能的。最后,最后大力最稳定的电荷转移激发态证实是穷, - - - - - - 。

1。介绍

共轭纳米分子为其潜在应用程序吸引了大量的注意力在分子电子设备,如有机电致发光器件、光伏电池、场效应晶体管、非线性光学和电子导体(1,2(其中和引用)。光诱导电子转移(PET),作为一个基本过程,已经被证明发挥关键作用在决定光电材料的效率(3- - - - - -5]。最近,研究人员关注宠物的机制在有机photoconversion系统与高效电荷转移(CT)和慢电荷复合(CR) [6- - - - - -8),分别。这两个过程的动力学,即电荷转移和/或重组,反映的电子转移速率常数(8]: 在哪里 是一个动力学前因子/ preexponential因素, 代表的是亲水的距离,β衰减因子或倾销因素。

众所周知,电子和能量转移反应共价链接donor-bridge-acceptor (D-B-A)总成强烈依赖,不仅在D和氧化还原性质也在数字-模拟距离和桥的电子结构7]。可见光激发,例如,可能会导致电荷转移的桥梁从光激的供体受体或从捐赠者光激的受体。根据卓越的电子和光学特性(9),如准备好了可访问性、结构修改,高度离域π接合、氧化电位低、环境稳定性和良好定义的oligothiophenes (nTs)已成为一个well-investigated寡聚物π共轭聚合物(10- - - - - -12]。的nT一部分是认为调解供体和受体之间的电荷转移,将作为电子转移和能量传递的分子导线在太阳能电池设备13- - - - - -15]。众所周知,卟啉和富勒烯是最理想的高效的电子供体和受体材料共轭低聚物和聚合物光伏设备由于其独特的结构和电子性质11]。D-B-A系统由卟啉类化合物的分子结构和富勒烯与各种衔接组织已经被广泛研究,和宠物porphyrin-B-fullerene-conjugated系统通过桥接状态进行真实或虚拟的中间体(15]。自从Ikemoto等人合成的分子将卟啉作为捐赠者和富勒烯受体单元由四分之一架桥,octi和dodecithiophenes [9卟啉-nTs-fullerene三合会被广泛研究的系统,广泛应用于太阳能电池的光敏层。调查这些三合会的宠物机制,宠物卟啉-的过程nT-C60与三合会( 8和12),旨在揭示的功能nT分子线,已经被时间分辨荧光和吸收光谱方法研究中的可见光和近红外线区域(2,16,17]。最稳定最终被证实是卟啉- CS状态 - - - - - - ,这是由hole-shift过程 - - - - - -nT - 。的速率常数从卟啉* - CS过程nT-C60来 - - - - - -nT - 减少的长度nT一半,指示nT一部分作为分子导线。和这些系统的兴奋动力学在不同极性溶剂进行了调查。oligothiophene长度的影响也在CS和CR流程的基础上,讨论了自由能变化(16,17]。

另一方面,从理论上讲,porphyrin-4T-fullerene三和弦的宠物已经被用量子化学方法研究以及2 d和3 d真实空间分析方法(15]。理论分析显示,有两个电荷转移(CT)机制和疲软的距离依赖oligothiophene垫片是受益的超交换机制。众所周知,超快的电荷转移从卟啉富勒烯一半发生在光致激发这些三合会,之后的长寿charge-separated生成。和oligothiophenes的长度被认为是一个重要的参数来影响这些过程的效率。所以理论研究的长度的影响nT和卟啉(供体)引入到系统是另一个重要的方法研究纳米尺度共轭分子的宠物过程系统,因为黑暗还覆盖了它的本质。在这篇文章中,宠物在oligothiophene-C60 (nT-C60)二分体和porphyrin-oligothiophene-C60 (-nT-C60)三合会是理论上研究,揭示了运动的电荷转移——的能力nT-C60三合会,D-B-A系统,远比的nT-C60二的,作为一个数字-模拟系统。和基态和激发态性质的二分体和三合会强烈影响的长度nT半个。运动的电子传递模式的调整nT-C60系统的长度nT半个进一步可视化。

2。方法

量子化学的计算都是用高斯软件(09年18]。基态几何图形的oligothiophene-fullerene二分体和porphyrin-oligothiophene-fullerene三合会优化运用密度函数理论(DFT) B3LYP集功能性和3-21G基础。局部态密度(pdo)与GaussSum可视化软件。从图可以看到它们的分子结构1。在计算,R = C6H13(oligothiophene)的侧链由H重新安置,因为他们不是直接共轭电子结构的支柱和只是援助在改善溶解度而不影响电子属性(19]。电子转换nT-C60和运动,nT-C60及其供体/受体参与光学吸收进行DFT (TD-DFT)[随时间变化20.),B3LYP泛函,我感觉(D)基础设置,分别。


图1
n n 分子结构的T -C60二分体和运动T -C60三合会(、8和12)。

二维(2 d)真实空间分析(过渡密度矩阵)和三维(3 d)真实空间分析中描述(电荷密度差)(21- - - - - -23]。在2 d网站表示,光致激发创建一个电子空穴对或把电子从一个被占领的激子轨道一个空置的轨道(22]。过渡密度矩阵的每个元素反映了激子的动力学预测在原子轨道的一对给定的指标,使现场发现一个带电粒子的概率 和第二个站点 。和带电粒子的强度反映了供体和受体之间的连贯性,这是由不同颜色的元素。三维立方体表示已经被用于分析电荷和能量转移在共轭聚合物19,21- - - - - -25),因为电荷密度差(CDD)决定了电荷和能量转移的方向和结果在分子和molecular-metal系统。

3所示。结果和讨论

3.1。基态性质

的基础上优化基态几何图形nT-C60(数字-模拟系统)和运动nT-C60 (D-B-A系统),(pdo)计算部分的态密度和呈现在图2。pdo,我们可以找到一组的百分比贡献每一个分子轨道。从数据看2(一个),2 (c),2 (e),因为nT-C60 ( 、8和12),完整的电荷密度更高的homo发现的噻吩团体和电荷密度较低的lumo C60组,分别。这表明oligothiophene-fullerene系统的过渡从这些重点,应遵循从噻吩电荷转移到富勒烯。当卟啉引入系统,缩写为穷-nT-C60本文的贡献细数越高电荷密度分布是起源于卟啉和噻吩组(见图2 (b),2 (d)和2 (f))。和卟啉组减少的百分比贡献的长度nT一半。由于卟啉组充当这些系统的电子供体,小的电荷密度分布在基态的减少将导致电荷转移从供体受体和电荷转移的形成激发态在光激励。这是符合实验结果2),将在下一节中进一步研究。应该注意的是,电荷密度分布的百分比贡献较低的lumo分子轨道是卟啉组不敏感,和所有穷-nT-C60系统的电荷密度较低的lumo仍完全分布式C60组。

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图2
n n 部分国家(pdo)的密度T -C60 (8和12是按照(a), (c)和(e),职责。)和运动的T -C60 (8和12是按照(b), (d)和(f),职责)。

进一步调查oligothiophene上的电荷分布,这被认为是调整噻吩单元的长度和受到这些系统的电荷转移过程的影响,马利肯费用在不同的噻吩一部分图所示3,也基于优化的基态性质。通过比较数据3(一个)- - - - - -3 (c),可以获得一些有意义的结论。在细节,马利肯电荷分布影响增加的长度nT一半但介绍卟啉组的主要影响。为nT-C60二分体,马利肯指控的最大分布(用积极字符)定位在噻吩基,C60集团相邻。然而,对于穷-nT-C60三合会,马利肯指控几乎分布在两个外噻吩单元和噻吩基上的负电荷,它毗邻卟啉集团,更大于噻吩单元上的正电荷,毗邻C60。这些结果在一起兴奋的特性的进一步分析这些数字-模拟和预计D-B-A系统给直接的视觉证据调整的ICT字符长度的桥梁和卟啉的引入集团作为电子供体的部分。

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图3
n n 马利肯电荷的分布在不同的噻吩的半个T -C60二分体和运动T -C60三合会。不同的数字1 - 12站噻吩单元,从噻吩单元的顺序,它毗邻的富勒烯集团单位,它毗邻卟啉组。
3.2。激发态的性质nT-C60二分体

在光致激发到激发态,激发态的性质这些fullerene-based分子材料改变相比,那些在基态。表1给这些富勒烯衍生物的激发态性质,包括选择的电子跃迁的能量,相应的振荡器的优点,主要成分,CI系数。所有这些富勒烯衍生物,第一激发态( 和的年代1)主要来源于从人类过渡到LUMO分子轨道。根据上面的pdo分析,电子转换涉及这些轨道是分子内电荷转移激发态。进一步研究静态电荷分布的变化光致激发后,电子空穴的连贯性和这些电子的电荷密度(CDD)差异计算和可视化数据的转换4和5。所有这些激发态性质有两个表示,检查分为分子内电荷转移(ICT)或当地兴奋(LE)转换(见表1)。从二维轮廓图(见图4密度矩阵S)的过渡1的nT-C60,我们可以看到,电子空穴之间的一致富勒烯和噻吩与黄色(如图所示),和增加的长度nT一半连贯性的强度明显降低。在分析其对应的CDD(如图5),我们可以清楚地识别,从噻吩电子转移到富勒烯,因为激动的电子和空穴完全驻留在富勒烯和噻吩组,分别。也静态电荷分布的变化引起的光致激发明显受到的长度的影响nT一半。换句话说,不同的噻吩单元nT-C60二的不同贡献的长度时的过渡nT一半是改变。在细节,当 ,激动的孔离域所有这四个噻吩单元;但当的长度nT增加到8和12个单位,激动的洞几乎分布在中心噻吩单元,这表明外噻吩单元的静态电荷分布几乎是光致激发不敏感,特别是富勒烯的相邻单元组。这个结果是根据先前的研究再一次证明,在激动的洞π接合在8 t和12 t趋于定位在中间的一部分链超过4 t因为电荷噻吩环采用最大值点中间的链8 t和12 t [2,26]。回到上面的马利肯在基态电荷分布分析,马利肯的小分布电荷中心噻吩单元和最大的马利肯电荷分布噻吩单元,它毗邻富勒烯集团,导致较弱的电子空穴富勒烯和噻吩之间的一致性nT-C60二分体通过增加噻吩单元(长大桥)。所以我们可以得出这样的结论:电荷转移能力随长度的增大而减小nT一半。
化合物 激发态 转变能源(eV)一个 CIc 激发态性质d
4 t-c60 年代1 1.7127(724海里) 0.0025 0.70104 (H→L) 信息通信技术
年代2 1.8154(683海里) 0.0002 0.70047 (H→L + 1) 信息通信技术
年代19 2.8127(441海里) 1.2480 0.63249 (H→L + 3) t (4)
Por-4T-C60 年代1 1.6171(767海里) 0.0001 0.67616 (H→L) CT
2.6127(475海里) 0.2022 0.52142 (H-8→L + 1) 勒(F)
2.6146(474海里) 0.9764 0.59820 (H→L + 5) CT
8 t-c60 年代1 1.5079(822海里) 0.0030 0.69760 (H→L) 信息通信技术
年代2 1.6129(769海里) 0.0003 0.69703 (H→L + 1) 信息通信技术
年代10 2.1813(568海里) 2.9247 0.68669 (H→L + 3) t (8)
Por-8T-C60 年代1 1.4949(829海里) 0.0031 0.69223 (H→L) CT
年代7 1.9918(622海里) 0.0092 0.62072(2→左) 信息通信技术
年代10 2.0660(600海里) 2.2460 0.58463 (H→L + 3) CT
12 t-c60 年代1 1.4746(841海里) 0.0025 0.68307 (H→L) 信息通信技术
年代2 1.5792(785海里) 0.0001 0.68245 (H→L + 1) 信息通信技术
年代7 1.9785(627海里) 4.2837 0.68219 (H→L + 3) 勒(12 t)
Por-12T-C60 年代1 1.4899(832海里) 0.0002 0.67812 (H→L) CT
年代8 1.9462(637海里) 3.7154 0.55718 (H→L + 3) CT
年代9 1.9543(634海里) 0.9797 0.57073 (2→L + 1) CT
一个括号里的数字是波长的跃迁能。b振子强度。cCI系数绝对值。H代表人类,和L代表LUMO。dF和nT在圆括号中存在的密度是本地化的富勒烯和噻吩单元,分别。ICT提供了完整的电荷转移的状态nT-C60, CT介绍了部分电荷转移的几率——状态nT-C60。
表1
选择电子跃迁的能量(eV)和相应的振荡器的优点(f)、主要成分和CI系数nT-C60和运动,nT-C60。

图4
n n 过渡密度矩阵的等高线所选的电子激发态T -C60和运动,T -C60。彩条显示(矩阵元素的绝对值,比例的最大值1.0),和电子空穴一致性增加矩阵元素的绝对值的增加。

图5
n n −4 电荷密度差异(CDD)所选的电子激发态T -C60和运动,T -C60。绿色和红色的颜色代表了空穴和电子,分别。等值是4×10一个。u。

3.3。的函数nT的分子导线的几率nT-C60三合会

当卟啉引入系统作为电子供体,难觅踪迹的噻吩单元的静态电荷分布nT-C60三合会在光致激发他们的第一激发态上的表现也不同。卟啉的主要区别实现它毗邻噻吩基,最大负马利肯在基态电荷分布(见图3)和行为的主要因素从基态到S的转变1的几率nT-C60三合会(如图5)。这个通知的电荷转移的几率——的能力nT-C60三合会,D-B-A系统,远比的nT-C60二的,作为一个数字-模拟系统。类似于nT-C60二分体,增加的长度nT一半,兴奋的账户漏洞的噻吩基,它毗邻的卟啉基,很大程度上减少,这表明运动的电子转移能力nT-C60三合会的订单4 t > 8 t > 12 t和运动的电荷密度 - - - - - - 远远大于其他三合会(2]。这个结果是按照电子空穴之间的连贯性噻吩和富勒烯组(从图可以看出4)。应该注意,Por-4T-C60三和弦,较弱的电子空穴之间的相干性卟啉和富勒烯团体甚至可能发现,因为他们之间的空间距离是足够短。

此外,运动的电子传递模式的调整nT-C60系统的长度n可以进一步半个可视化。所有可能的能量转移(EN)和电荷转移(CT)这些三合会的过程可以概括如下:

卟啉光致激发后一半的几率nT-C60三合会,穷* -nT-C60产生,不同的激发态动力学弛豫过程的发生,和长度的控制nT半个。从表可以看出1计算转换能量的运动nT-C60三合会最大的振荡器的优点已经上市,从这些三合会的不同的动态过程通过穷* -nT-C60可以透露。对于Por-4T-C60二十七,28日激发态(S27和S28)计算激发态与更大的振荡器的优点。此外,从CCD的情节27激发态(见图5),在过程C60一半可以可视化。这结果是在良好的协议与实验,证明了CS过程 4 t - 通过运动* 4 t-c60是不可能,因为积极的一面 值(2]。所以4 t一半在充当一个垫片,因为过程由德克斯特的机制,这是短途的手术过程,不操作 ÅPor-12T-C60 [2,27]。合理,存在较强的电子空穴之间的相干性卟啉和C60与黄色半个Por-4T-C60三合会在图4可以促进其在过程。EN过程后,从CCD的情节1激发态在图5,为什么——的形成 - - - - - - 后,电荷转移的nT一半,1C60 *一半,可以很容易地观察。所以Por-4T-C60的激发态动力学弛豫过程应该被描述为穷* 4 t-c60→Por-4T -1C60 *→穷- - - - - - - 。Por-12T-C60,第八和第九激发态(S8和S9),最大的振荡器的优点,呈现出明显的空穴和电子电荷转移角色,因为兴奋本地化卟啉和C60根,分别(见CCD情节的年代8和S9激发态Por-12T-C60图5)。这导致的直接代CS状态, -12 t - ,是由穷* -12 t-c60和表示nT作为半个优越的分子导线允许一个有效的远程CS过程从穷*一半C60一半大nT一半。类似于Por-4T-C60, hole-shift Por-12T-C60也发生的过程,可以清楚地看到从CCD情节的年代1激发态在图5。和激发态的动态弛豫过程Por-12T-C60应该超过* -12 t-c60→ -12 t - →为什么- - - - - - - - - - - - 。最后,Por-8T-C60的一些不同的结果,作为实验相比,这里获得。从CCD的情节10,年代7,年代1激发态Por-8T-C60图5激发态的动态弛豫过程 - - - - - - c60→难觅踪迹, - - - - - - 通过运动* 8 t-c60可视化和被证明是可能的。在细节,卟啉之间的电荷转移和8 t半个(的形成 - - - - - - c60)发生。电子转移后的兴奋 C60根,因为电子受体的能力已经被证明是在运动的顺序≈8 t≪C60 (2]。同时,这个洞从转变 一部分8 t一半兴奋洞8 t进行再分配。

4所示。结论

从计算基态的结果nT-C60二分体和运动nT-C60三合会,这些系统的明显的电荷转移字符。卟啉组的贡献——运动的电荷转移nT-C60三合会减少的长度nT一半,马利肯电荷分布在不同的噻吩一半在很大程度上是通过引入卟啉组的影响。为nT-C60二分体、电荷转移能力随长度的增大而减小nT一半。运动的电荷转移——的能力nT-C60三合会比这被证明是更强的nT-C60二分体的顺序和4 t > 8 t > 12 t。Por-4T-C60的激发态动力学弛豫过程和Por-12T-C60可以被描述为穷* 4 t-c60→Por-4T -1C60 *→穷- - - - - - - 和穷* -12 t-c60→ -12 t - →为什么- - - - - - - - - - - - ,分别。Por-8T-C60, - - - - - - c60→难觅踪迹, - - - - - - 通过运动* 8 t-c60已经被证明是可能的。

确认

这项工作是支持的项目的沈阳光电材料技术重点实验室(批准号f12 - 254 - 1 - 00),中央大学的基础研究基金(批准号DL12BB19),中国国家自然科学基金(赠款。11274149和11274149),中国辽宁省自然科学基金资助。20111035、201102080、201102080),辽宁省教育部项目(批准号L20111003),辽宁大学的自然科学基金(批准号2011 ldgy10)。

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