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热延迟荧光分子垂直跃迁能的实验测定和理论预测认领

作者：

周可人

学位授予单位：

浙江大学

摘要：

热延迟荧光(TADF)材料可通过吸收环境中的热能,将处于最低三重激发态(T1)的分子上转化到最低单重激发态(S1)并辐射衰减发光。这一特性使得基于低成本TADF材料的有机发光二极管(OLED)在理论上可达100%的内量子效率。TADF材料成为继传统有机荧光材料和磷光材料之后的第三代OLED发光材料,设计高效的TADF分子是当前有机电子学领域的研究热点。在TADF材料开发中,含时密度泛函理论(TD-DFT)被广泛用于对S1和T1跃迁能的预测,但此前发展的各类方法的普适性和系统性还有待提高。本论文立足于光化学理论和分子模拟技术的紧密结合,首先完善由分子光谱确定跃迁能的实验方法,建立起一套可靠的实验数据集来支持理论研究工作的顺利展开;其次通过理论推导,建立起杂化泛函中精确交换项应占比例与跃迁密度的关系,提高对跃迁能的预测精度。具体内容如下:(1)在刚性分子的吸收和发射光谱中,0-0跃迁和0-1跃迁峰强度往往相近,因此难以由此确定垂直跃迁能。以苝、咔唑、PXZ-TRZ和4CzTPN这4个刚性分子为研究样本,通过调节PBEα泛函的Hartree-Fock精确交换比(CHF),计算这4个分子的垂直吸收(EVA(S1))和发射能(EVE(S1)),并与基于实验光谱确定的0-0和0-1跃迁能进行对比分析。研究表明在0-0跃迁和0-1跃迁峰强度相近的情况下,取0-1跃迁对应的能量作为垂直跃迁能更加合理。(2)理论推导证明计算垂直跃迁能的杂化泛函中精确交换项应占比例和跃迁对应的电荷转移度相关。以空穴-电子积分(Sr)作为电子跃迁特性的描述符,基于50个二苯胺和咔唑衍生物的垂直跃迁能实验值,建立起PBEα泛函的最优精确交换项比例(COHF)与Sr的定量关系。通过以上半经验关系,准确预测了样本分子的EVA(S1)和EVE(S1),其平均绝对偏差仅分别为0.05 eV和0.11 eV。有趣的是,Sr-COHF法能很大程度上修正因分子的S1优化结构不合理造成的EVE(S1)的偏差,因此优化S1几何结构的泛函对Sr-COHF法计算的EVE(S1)影响不大。此外还发现SMD和PCM这两个常用的溶剂模型不能准确模拟溶剂极性对激发态结构和跃迁能的影响。通过与实验值对比,提供了一种修正EVE(S1)计算结果的方法。

摘要译文

关键词：

热延迟荧光; 垂直跃迁能; 含时密度泛函理论; 描述符; 空穴-电子积分

学位年度：

2019

学位类型：

硕士

学科专业：

高分子化学与物理

导师：

张其胜

中图分类号：

TB34[功能材料⑨];O641.1[化学键理论]

学科分类号：

070308[能源化学];070304[物理化学];081704[应用化学];081706[分子化工]

D O I：

10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002880