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以铱为内核的有机配合物磷光材料密度泛函理论研究

作　者: 林杨
导　师: 杨立新
学　校: 湘潭大学
专　业: 无机化学
关键词: 三(2-苯基吡啶)铱苯并衍生物三(1-苯基吡唑)铱氟化衍生物基态结构吸收光谱和发射性质含时密度泛函理论
分类号: O621.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着计算方法和计算机技术的飞速发展,计算化学在化学研究中已经占有越来越重要的地位。密度泛函方法被广泛用于研究金属有机和无机分子基态性质,而含时密度泛函理论发展也为计算激发态提供了有效途径。近年来,电致磷光有机发光器件以其能利用单线态和三线态激子并达到100%的内量子效率而颇受注目。以铱为内核的电致磷光材料更是凭借适合的磷光寿命、受影响较小的自猝灭和高效的发光效率的优势成为实验和理论研究的热点。针对目前电致磷光材料制备中,分子能级差较小造成的配体设计困难以及蓝色磷光材料发光效率较低两大问题,本论文利用Gaussian程序,采取密度泛函理论方法对三(2-苯基吡啶)铱苯并衍生物和三(1-苯基吡唑)铱氟化衍生物两类有机配合物磷光材料进行分析,为进一步研究以铱为内核的电致磷光材料的性质、精细调控发射色度和提高发光效率提供了有力的理论基础。采用密度泛函理论B3LYP/LANL2DZ方法,对面式-三(2-苯基吡啶)铱(1)以及在2-苯基吡啶配体上引入一个苯并环形成的衍生物(2–8)的基态结构进行优化,并通过含时密度泛函理论研究了这些配合物的发光性质。八种分子均呈现C3对称性,苯环和吡啶环平面间的二面角2(6.29°)→3(1.90°)→4(12.76°)的变化趋势与8(6.98°)→7(1.17°)→6(12.83°)的变化趋势相似。增加2-苯基吡啶配体上的π共轭范围对配合物HOMO能量影响不大,但是能显著地降低LUMO的能量,尤其是苯并结构形成在配体吡啶环上。HOMO和LUMO之间的能隙按照1 > 2 > 4 > 5 > 3 > 8 > 6 > 7的顺序降低,这使得2–8的吸收光谱产生了明显地红移。三线态T1的激发波长按1 < 5 < 2 < 4 < 3 < 8 < 7 < 6的顺序变化,发射光谱红移可以从36 nm到108 nm精细调控,其中6和7从三线态到单线态的磷光发射分别移至602.6 nm和572.7 nm,表明通过该系列苯并衍生物预测和控制从绿色到红色的电致发光颜色在20 nm计算误差内是可行的。采用密度泛函理论B3LYP方法LANL2DZ基组,对面式-三(1-苯基吡唑)铱(1)以及在吡唑环配体上引入一个三氟甲基或者氟原子形成的氟化衍生物(2–7)的基态结构进行优化,并通过含时密度泛函理论研究了这些配合物的吸收和发射光谱性质。七种分子均为C3对称性的稳定结构,氟化作用对苯环和吡唑环之间二面角的影响很小,但能使HOMO和LUMO能级降低,尤其是在吡唑环上引入三氟甲基。HOMO和LUMO之间的能隙遵循5 > 7 > 1 > 6 > 3 > 2 > 4的变化规律,这使得2、3、4和6的吸收和发射光谱发生红移,而5和7的吸收和发射光谱发生蓝移。在三(1-苯基吡唑)铱的吡唑配体的3位和5位上引入CF3,有可能得到具有较高发光效率的蓝色磷光材料。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-21
  1.1 量子化学计算简介  9-11
    1.1.1 量子化学计算的产生和发展  9-10
    1.1.2 量子化学计算在化学研究中的作用  10-11
  1.2 电致磷光有机发光材料的研究背景  11-15
    1.2.1 有机电致发光器件发展历史  11-12
    1.2.2 有机材料发光的基本原理  12-13
    1.2.3 评价有机电致发光材料发光性能的主要参数  13-15
  1.3 以铱为内核的有机电致磷光材料的发展  15-20
    1.3.1 以铱为内核的有机电致磷光材料的优势  15-16
    1.3.2 以铱为内核的有机电致绿色磷光材料  16-17
    1.3.3 以铱为内核的有机电致红色磷光材料  17-19
    1.3.4 以铱为内核的有机电致蓝色磷光材料  19
    1.3.5 以铱为内核的有机电致白色磷光材料  19-20
  1.4 本文研究的内容和意义  20-21
第2章理论计算方法  21-28
  2.1 从头计算方法相关的三个近似  21
  2.2 密度泛函理论  21-23
  2.3 含时密度泛函理论  23-24
  2.4 赝势价轨道从头计算法  24
  2.5 基组的选择  24-25
  2.6 振动频率的计算  25
  2.7 Gaussian 程序简介  25-26
  2.8 GaussSum 软件简介  26-28
第3章面式-三(2-苯基吡啶)铱(III)苯并衍生物结构和发光性质  28-40
  3.1 前言  28
  3.2 计算方法  28-29
  3.3 结果与讨论  29-38
    3.3.1 基态几何结构  29-30
    3.3.2 分子轨道特征  30-32
    3.3.3 吸收光谱  32-36
    3.3.4 发射光谱  36-38
  3.4 小结  38-40
第4章三氟甲基和氟代苯基吡唑铱(III)配合物结构和发光性质  40-49
  4.1 前言  40
  4.2 计算方法  40-41
  4.3 结果与讨论  41-47
    4.3.1 基态几何结构  41-42
    4.3.2 分子轨道特征  42-43
    4.3.3 吸收光谱  43-47
    4.3.4 发射光谱  47
  4.4 小结  47-49
结论与展望  49-51
参考文献  51-57
致谢  57-58
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  58

以铱为内核的有机配合物磷光材料密度泛函理论研究

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