硕士毕业生

论文题目：分子对称性对1,3,4-噁二唑衍生物的分子内电荷转移性质的影响

摘要：分子内电荷转移(Intramolecular Charge Transfer,ICT)指的是分子内的不同基团之间的电荷转移过程。近些年来,具有ICT特性的有机小分子由于其在有机发光二极管,化学传感器,染料敏化太阳能电池和非线性光学材料等诸多领域有广泛的应用而受到人们密切关注。而目前,制约其发展的主要因素是分子内电荷转移化合物的发光效率比较低。为了满足器件商业化需求,人们一直以来不断探索和开发具有优异ICT性质的有机共轭小分子材料,并致力于提高材料的发光效率。我们知道,材料的应用主要取决于材料的性质,材料的性质绝大部分取决于材料的分子结构,通过分子结构的设计,可以实现对材料性质的调控。所以,研究材料结构与性质的关系,对于开发高性能的有机ICT小分子材料有重要的指导意义。在本文中,我们合成了三种新型的1,3,4-噁二唑衍生物,分别为直线型的1,3-二(3,5-二-甲氧基苯-1,3,4-噁二唑基)苯(L-OXD),折线型的1,4-二(3,5-二-甲氧基苯-1,3,4-噁二唑基)苯(B-OXD)和星型的1,3,5-二(3,5-二-甲氧基苯-1,3,4-噁二唑基)苯(T-OXD),讨论了分子结构的对称性的不同对ICT性质的影响。分子中的甲氧基苯基团和噁二唑基团构成推拉电子结构,通过调整分子结构的对称性,改变推拉电子基团的分布,最终得到了稳定性高、光电性能好的有机分子内电荷转移材料。论文的主要结论如下:1、光谱性质研究:在不同溶剂的吸收光谱中,L-OXD的吸收峰的位置在320nm左右,B-OXD在290nm左右,T-OXD在300nm左右。各分子的吸收光谱没有随着溶剂极性的增大而出现大幅度的移动,这说明各个分子的基态和Franck-Condon激发态的电子结构和性质变化不大。与吸收光谱不同,各个分子的荧光发射光谱随着溶剂极性的增大而出现了较大的红移现象,这证明了各个分子存在分子内电荷转移特征,并且电荷转移激发态表现出了比Franck-Condon激发态更强的极性。从低极性的CHEX到高极性的ACN,L-OXD和B-OXD红移了大约30~40nm,T-OXD出现了更明显的溶致变色现象,红移了100nm左右,这说明三取代的结构更能提高分子内电荷转移性质。2、理论计算:我们采用密度泛函理论研究了三种分子的几何优化结构、电子跃迁形式、基态与激发态的性质以及其电荷转移的具体过程。在气相条件时,对于L-OXD来说,S0-S1具有较高的振子强度(f=1.74),主要由HOMO-LUMO轨道跃迁贡献。对于B-OXD来说,振子强度较高的也是S0-S1(0.76),由HOMOL+1和H-1-LUMO轨道跃迁贡献。T-OXD则比较复杂,S0-S1的振子强度为0,S0-S2和S0-S3的振子强度都是1.30,涉及的轨道有:HOMO,H-1,H-2,LUMO,L+1和L+2。另外,加入溶剂和增加溶剂极性后,T-OXD中发生跃迁的激发态顺序发生了改变,从气相条件的S0-S2和S0-S3变为S0-S1和S0-S2。除此之外,各个分子的激发能量都表现出与气相条件类似的行为。同时,我们计算了各个分子的基态和主要激发态之间垂直激发时的电子密度差异图,可以确认甲氧基苯基团为电子供体,1,3,4-噁二唑基团和中心苯环为电子受体,电荷转移的方向是从分子末端的电子供体到中间的电子受体。我们还用原子偶极矩校正Hirshfeld(ADCH)方法模型对各分子在发生电荷转移的过程中的电荷量的变化进行了计算:气相条件下,L-OXD的S0和S1之间的电荷变化值的总和为0.0821|e|;BOXD的S0-S1跃迁的电荷变化总和与L-OXD相近,为0.0810|e|;对于T-OXD,我们计算了S0-S2和S0-S3的跃迁的电荷变化量,皆为0.1379|e|,证明了T-OXD的基态和激发态之间的分子内电荷转移程度最明显。

关键词：1,3,4-噁二唑衍生物;  分子内电荷转移;  对称性;  光物理性质;  理论计算;