摘要：设计并理论预测了一系列A′-π-A-π-A′型苯并噻二唑衍生物电子受体分子的几何构型、前线轨道特征、吸光性质及电子重组能等信息,同时考察了丙酮、氯苯溶剂对其性质的影响.在此基础上将性能优异的受体分子与特定给体分子组合构建给-受体(D-A)界面,通过计算给体HOMO与受体LUMO之间的电子耦合Vif,评估了D-A界面载流子的复合程度.结果表明,合理选择取代基对核心受体苯并噻二唑进行修饰是调节LUMO能级和能隙的有效方法.将平面性好的受体材料与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层材料,有可能达到降低界面复合、减小光电压损失和提高开路电压的目的.综合考虑ΔEL,Vif,光吸收效率及溶剂化效应等因素,D1-1aγ及D1-2aγ组合有望成为电子迁移率高、在可见光和近红外区吸收宽、界面激子可以有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合.

摘要：采用密度泛函理论预测了6个萘二酰亚胺(NDI)衍生物电子受体分子An(n=1~6)的几何构型、前线轨道特征及吸收光谱,并分别与选定的3个给体分子Dm(m=1~3)组合,构建给-受体(D-A)界面,从单分子尺度评估了不同D-A界面载流子的复合程度.结果表明,引入N、O、S等杂原子可以改变分子间氢键位点及强度,调节D-A界面分子间的距离与位移,以降低界面载流子复合,通过减小光电压损失获得高的开路电压V_(oc);此外,通过计算给体HOMO^D与受体LUMO^A之间的电子耦合V_(if)发现,平面性均较好的D-A分子组合V_(if)较大,界面载流子易于复合,会引起较大的光电压损失,不利于获得高的V_(oc).将平面性好的受体与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层有可能获得高的V_(oc).综合考虑ΔE_L、V_(if)、D-A分子的平面性和光吸收效率等因素,认为D3-A5组合有望成为电子迁移率高、可见光和近红外区吸收宽、界面激子能有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合对.

摘要：采用密度泛函理论研究氮功能化对蒄类化合物几何构型、电子结构及载流子传输性质的影响.结果表明,引入杂N原子可以线性降低前线轨道能级,增强电子注入能力与空气稳定性,且邻位掺杂较迫位和均匀掺杂调节效果更为显著.其中,十二氮杂蒄(12ac)具有新颖的"碗状"构型和高的电子亲和势(3.45 eV),是潜在的空气稳定电子传输材料构筑单元.理论预测室温下2,6,10-三对甲氧基苯基-3,4,7,8,11,12-六甲氧基三氮杂蒄(3b)晶体的电子迁移率为0.242 cm2/V s,预计是良好的电子传输材料,值得进一步器件化研究.

摘要：设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域.首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP),然后以[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)作为电子受体,借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型,系统研究了PC61BM-DBDTDPPn=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质,并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系.结果表明,该聚合物具有较好的平面结构,低的最高占据分子轨道(HOMO)能级,在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 e V),小的激子分离内重组能(0.152 e V)和电荷复合内重组能(0.314 e V).在给体-受体界面上,激子分离速率高达1.073×1014 s-1,而电荷复合速率仅为1.797×108 s-1.相比较而言,激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级,表明在给体-受体界面上,光生激子具有很高的分离效率.总之,研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料,值得实验上进一步合成及器件化研究.理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系,还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.

摘要：研究了可聚合基团的引入对表面活性剂自组装形成六方柱状液晶相结构的影响。首先设计合成了一系列以季铵盐作为亲水头基,尾端连有丙烯酰氧基的可聚合型表面活性剂分子,分析了该系列表面活性剂与水复配后自组装形成的液晶相结构,利用偏光显微镜、X射线散射等技术探究分子结构与液晶相态之间的关系,并进一步研究了这些自组装结构在紫外光照引发聚合后的保真度。结果表明:所合成的可聚合型表面活性剂与水复配,可获得六方柱状相、层状相等相结构,其中,可聚合型双子表面活性剂PC11-6-11((11-甲基丙烯酰氧基)十一烷基-1,6-溴化乙二胺)所形成的六方柱状相结构在紫外光固化后相结构能得到完好保存。

摘要：由两亲分子自组装形成的纳米尺度的微观结构,可以提供精确可控的几何形态及化学环境的离子传输通道。传统的柱状、层状等自组装结构,需额外的取向实现高效的离子传输,并且材料不易获得。本文通过两亲分子的自组装形成球型正胶束结构,形成内在连续离子传输通道,巧妙地规避了取向问题,且材料易获得。为了得到这种自组装结构,设计并合成了一种具有较大的亲水头部、较小的疏水尾部结构的磷酸型可聚合双亲分子(MAC11-PA)。在双亲分子与水共混的体系中加入水溶性交联剂二甲基丙烯酸酯-聚乙二醇(PEG-DMA),利用紫外光引发聚合得到质子交换膜(PMAC11-PA)。通过偏光显微镜和小角X射线散射对质子交换膜的内部结构进行了表征,并利用电化学工作站对薄膜的质子传导进行了测试。结果表明通过偏光显微镜和小角X射线散射的共同表征,证实了“大头小尾”的可聚合型双亲分子MAC11-PA自组装形成了球型正相胶束,具有球型正胶束结构的PMAC11-PA膜在60℃、90%RH的条件下,其质子传导率为1.35×10^(-2) S/cm。球型正胶束结构为两亲分子的自组装用于质子传输提供了一种新思路。