两种并三噻吩二羧酸的微区结构及其性能研究

利用溶剂引导的无序-有序相转变的方法制备了二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩-2,5-二羧酸(A)和二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩-2,5-二羧酸(B)的自组织薄膜. 利用原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)研究了两种化合物分子在基底上的排列方式, 发现化合物A分子在云母基底上以一定角度取向排列, 而化合物B单分子层在云母基底上以“平卧”式排列. 结合紫外可见(ultra violet-visible, UV-Vis)吸收光谱、荧光光谱和导电原子力显微镜(conductive atomic force microscopy, C-AFM)对化合物A和化合物B薄膜的光学性质以及微区电子传输行为进行了研究. 结果表明, 形成J-聚集体的化合物A与化合物B相比, 其吸收峰值和发光峰位都发生较大红移, 并且化合物A比化合物B的微区电导大三个数量级以     

不同取代基对四硫富瓦烯衍生物电荷传输影响的理论研究

通过密度泛函理论考察了四种四硫富瓦烯衍生物的电荷转移情况.二苯并-四硫富瓦烯(DB-TTF)的全氟化增加了分子的重整能而不利于电荷传输,但全氟化可降低化合物分子的前线轨道能级,从而减小电子注入势垒,这将有利于电子而不是空穴输运.当N原子取代DB-TTF分子内苯环上的C原子时,分子的重整能没有增加,但由于降低了前线分子轨道能级,从而减小了电荷的注入势垒而且还加强了分子的热稳定性.在DB-TTF分子上引入NH2可以改变分子晶体的结构以及电荷迁移率,从而通过引入不同取代基来改变-堆叠结构.另外,由于全氟化的DB-TTF分子间具有较强的极化效应,采用格点能校正方法来计算电荷转移积分更为恰当.     

第ⅥA主族元素掺杂Mg-MoS2异质结势垒高度调控

在纳米尺寸的薄膜场效应晶体管中,源极、漏极(金属材料)与有源层(半导体材料)之间的肖特基势垒是制约器件发展的关键因素之一.本文采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,通过第Ⅵ主族元素对二硫化钼(MoS₂)的硫原子进行替位掺杂,电子结构分析表明,氧的替位掺杂可以显著降低MoS₂的带隙值.选择功函数值较低的金属Mg,构建氧掺杂Mg-MoS₂异质结,研究发现,界面位置的氧掺杂可以使该异质结由肖特基接触变为欧姆接触.分析结果表明,欧姆接触的形成原因主要来自3个方面:(1)氧的掺杂增大了MoS₂的电子亲合能;(2)未掺杂的Mg-MoS₂异质结禁带中存在金属诱导间隙态,使费米能级被钉扎在禁带中靠近导带底的位置,界面氧掺杂降低了金属诱导间隙态在费米能级附近的强度,使费米能级的钉扎效应减弱而进入导带;(3)界面氧掺杂时,界面电荷转移减少,电偶极矩对Mg-MoS₂异质结相对能级改变的影响减小.本文的研究结果为金属-半导体界面的肖特基势垒高度调控提供了一定的理论指导.     

N-杂环亚丙二烯基钯(Ⅱ)离子化合物在非极性溶剂中的自组装行为和磷光性质

相较于报道较多的磷光Pt(Ⅱ)化合物,同样具有d~8电子构型平面四边形配位的Pd(Ⅱ)化合物在室温溶液中的磷光报道较少.尤其因为其较低的d-d轨道能级,使得金属Pd(Ⅱ)参与的磷光发光机制研究非常少见.而利用亲金属Pd(Ⅱ)···Pd(Ⅱ)弱作用力构建自组装聚集体是实现室温溶液中Pd(Ⅱ)化合物磷光发射的一个有效渠道.本文通过使用N-杂环亚丙二烯基前体2-乙炔基-1,3-二甲基-咪唑六氟磷酸盐(1·PF_6)与含有烷基长链取代的钳形C^N^N-Pd(Ⅱ)Cl(HC^N^N=6-苯基-4-(3,4,5-三(十二烷氧基)苯基)-2,2′-联吡啶)化合物2,在氧化银存在下利用转金属反应合成了阳离子型亚丙二烯基Pd(Ⅱ)化合物3·PF_6,并通过核磁、高分辨质谱、红外等表征化合物的组成与结构.化合物3·PF_6溶解于二氯甲烷稀溶液中呈现出微弱的光致发光现象(量子产率1%,寿命为17 ns).而使用二氯甲烷/环己烷的混合溶剂体系,随着溶剂极性降低,紫外-可见吸收光谱中低能量特征峰的出现以及~1H NMR峰宽化等现象预示着化合物3·PF_6逐渐聚集,并伴随着不断增强且红移的光致发光,在纯环己烷溶液中可以实现最大发射在612 nm且量子产率达到35.4%的光致发光.利用变温紫外-可见吸收光谱考察504 nm处的低能量特征吸收峰强度随温度的变化及数据拟合,表明化合物3·PF_6在非极性溶剂(如甲基环己烷、十氢萘)中的自组装行为符合成核-生长模型特征.     

分子自组装薄膜的偏振结构和热稳定性

偏振片薄膜化有利于液晶显示器件实现小型化、集成化和轻量化. 二向色性稠环芳烃化合物如还原蓝RSN(N, N′-二氢化蒽醌吖嗪)、还原猩红GG(N, N′-二苯并咪唑-1,4:5,8-萘酰亚胺)(其顺式异构体为还原枣红HRR)和还原深蓝BO(紫蒽酮)磺化改性后形成双亲性化合物, 在极性溶剂(如水)中, 分子自组装为结构有序的聚集体, 即溶致液晶相, 将其定向剪切并涂布为湿膜, 溶剂蒸发后, 形成具有偏振效应的厚0.4~0.7 μm薄膜. 小角度XRD分析表明, 呈典型的层状堆跺结构, 磺酸基位置、不同分子比例、溶致液晶浓度等因素影响层面间距和堆垛方式. 耐热性实验和热重综合分析(TG-DSC)表明该薄膜具有优良的耐热和耐湿热性, 耐热温度可到200~300℃, 远高于碘素偏振片, 且分子混合组装薄膜较其单一分子自组装薄膜的耐热性高.     

真空度对酞菁铜蒸发膜结晶形态的影响

前文我们已经报道了在10~(-5)乇(系数略,下同)下所得酞菁铜蒸发膜(α-型)的晶粒取向与分子束入射角的关系。本文介绍我们用x射线衍射、扫描电子显微镜等手段研究真空度对晶型及蒸发膜形态等影响的研究结果。文中特别注意了随着真空度下降,α-PcCu向光导性较好的X-PcCu的转变过程。实验表明,在10~(-3)—10~(-6)乇下所得的是α-型蒸发膜.在X射线粉末衍射图上,衍射峰峰位和相对强度与酸糊法所得的α-PcCu完全相同(图1a、b)。在10~(-3)—10~(-6)乇范围里蒸发膜的可见光谱图形与α-PcCu的也相同,主峰波数在16.2×10~3cm~(-1)处,次峰波数约在14.5×10~3cm~(-1)处(图2)。在乙醇-二溴乙烷体系的密度梯度管里(20.0℃),10~(-3)至10~(-6)乇下所得蒸发膜的密度相同,为1.64lg/cm~3,与酸糊法所得的α-PcCu的一样(图     

CH3SO与HOCl之间的弱相互作用: 氢键、氯键与氧键

在b3lyp/6-311++g**和mp2/6-311++g**水平上研究了CH3SO与HOCl之间的弱相互作用, 分别得到了9种和5种稳定复合物S1A~S9A(复合物A)和S4B~S7B及S10B(复合物B), 进一步在mp2/6-311++g**水平下, 利用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)对其本质进行了详细讨论, 计算了经BSSE矫正的mp2/6-311++g**及ccsd(t)/6-311++g**相互作用能. 结果表明, 体系中除存在氢键与氯键两种弱相互作用外, 还存在新型的氧键(S6)弱相互作用(S…O－F, S…O?Cl, S…O－Br). S1A~S9A及S4B~S7B, S10B的相互作用能分别在-0.4 ~ -41.4 kJ·mol-1和?6.9 ~ -35.8 kJ·mol-1之间, 且其变化规律与ccsd(t)/6-311++g**水平一致. 在S6中, 主要发生LP1(S8)与σ*. (O5－Cl7)之间的电荷转移, 导致O5－Cl7拉长, 伸缩振动频率减小, 产生红移氧键复合物. 不同的是, mp2/6-311++g**水平下的S6B-F, S6B-Br及S7B均为蓝移型复合物. S10B兼有红移和蓝移的“双重”特性.     

乳胶清除蛋白LcpK30催化氧气裂解聚顺-1,4异戊二烯机理

乳胶清除蛋白LcpK30是一种内型双加氧酶,其通过活化分子氧催化裂解化学惰性的聚顺-1,4异戊二烯,进而生成醛和酮.实验发现活性区域的谷氨酸148对活性有重大影响,然而其作用机制和整个反应机理仍然存在争议.本研究使用量子力学/分子力学组合方法研究了乳胶清除蛋白催化分子氧氧化裂解天然橡胶模型化合物的反应机理.计算结果显示谷氨酸148在反应过程中为质子化态,并与铁(Ⅲ)-超氧物种形成稳定氢键,因此其作用可能与调节铁(Ⅲ)-超氧物种与底物的位置有关.可能反应机理为:(1)铁(Ⅲ)-超氧物种的远端氧进攻底物碳碳双键,形成过氧烃自由基中间体;(2)近端氧回弹到碳自由基,形成过氧化物中间体和铁(Ⅱ)中心;(3)铁(Ⅱ)调节的过氧化物中间体O–O键还原裂解,生成邻二醇自由基负离子中间体;(4)邻二醇自由基负离子C–C键断裂,生成产物醛和酮.此外,计算发现,过氧化物中间体O–O键直接断裂反应能垒超过160 kJ/mol,表明铁(Ⅱ)的催化对于过氧化物中间体的后续转化至关重要.因此,本研究结果不仅加深对于Lcp_(K30)反应机理的理解,而且为Lcp酶降解合成橡胶材料的设计和工程化提供有用信息.     

氟助色团对芴类分子电致发光材料的光电性能影响

利用紫外-可见光吸收光谱和荧光发射光谱, 比较了共轭结构芴类小分子有机材料2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)quinoxaline(Py), 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-6,7-difluoroquinoxaline(F2Py)和 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-5,6,7,8-tetrafluoroquinoxaline(F4Py)的光谱特性; 选用N,N'-Di-[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(NPB)材料作为空穴传输层, 利用真空蒸镀方法制备了双层有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED), 研究了其电致发光特性, 进而讨论了增加氟助色团对芴类有机小分子光电性能的影响. 结果表明, 随着氟取代基的增加, 材料薄膜状态的吸收谱和荧光光谱均发生了红移. 器件方面, Py在5 V驱动电压下发出508 nm的蓝绿光, 色坐标为(0.23, 0.43), 半峰宽为100 nm; 器件启动电压(定义为当亮度达到1 cd/m²的驱动电压)为4.8 V; 在10 V驱动电压下, 亮度达到129 cd/m², 电流密度为59 mA/cm²; 在5.4 V电压下具有最大流明效率0.18 lm/W. F2Py和F4Py在5 V驱动电压下分别发出544 nm的绿光和570 nm的黄光, 色坐标分别为(0.38, 0.56)和(0.44, 0.49), 半峰宽分别为103和117 nm; 器件启动电压分别为4和2 V; 在10 V电压下, 亮度分别为557和3300 cd/m², 电流密度分别为100和880 mA/cm², 分别在7.6 V电压下具有最大流明效率0.22 lm/W和在2 V电压下具有最大流明效率0.53 lm/W.     

鱼腥藻对氧敏感的固氮突变种

柱孢鱼腥藻(Anabaena cylindrica)和鱼腥藻7120(Anabaena 7120)(均为蓝藻植物)在空气中均能固定分子态氮.我们用紫外线和亚硝基胍分别对它们进行诱变、筛选,获得二株具异形胞而不能在空气中固定分子态氮的突变种.鱼腥藻-1(Anabaena-1)是鱼腥藻7120经紫外线诱变后得到的突变种,而鱼腥藻-2(Anabaena-2)是柱孢鱼腥藻经NTG诱变后获得的突变种.它们的异形胞频率(10～17.5%)高于野生种(5～9%).经二年多的连续传代培养表明突变表型是稳定的,自发回复突变频率很低(分别为1×10~(-8)和1.9×10~(-6).在微氧条件下能     

螺环化合物正交π电子间分子内激发能迁移

一、引言 由于分子内激发能迁移方向(简称IEET)与激发态化学反应密切有关,人们对此有很大兴趣。螺吡喃是众所周知的光致色变化合物,其反应机理通常认为是C—O键断裂。支持这个机理的实验依据是间接的,即,有色体的IR与部花青类似。鉴于缺乏光化学允许过渡态的信息,这个机理可能太简单化。在前文中,我们发现螺吡喃的单线态和三线态都有反应活性和芳香性p轨道参与反应机理。现在拟报道关于过渡态的研究结果,研究中用3,3-二甲基-1,2,2-三苯基吲哚,IX和2、2-二甲基-5,6-苯骈-2H-氧萘,X,作为N-苯基螺吡喃的组份模型。     

有机化合物在离子液体中的无限稀释活度系数理论预测

基于理论线性溶剂化能模型 (TLSER), 应用半经验分子轨道能AM1法计算烷烃、芳烃、醇类、氯代甲烷等34种有机非极性和极性化合物的量化参数, 建立了描述有机溶质在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐 ([BMIM][CF₃SO₃]) 和1-丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([PDMIM][BF₄])中无限稀释活度系数γ_i^∞的理论预测模型. 该模型能够解释溶质和离子液体(ILs)之间的相互作用机理, 适于估算有机溶质在ILs中的γ_i^∞. 研究结果可能为针对具体不同的反应或分离过程等实现有效的ILs设计提供理论依据.     

有机发光掺杂器件中的反常磁效应

采用不同浓度的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈(2,3,5,6-tetrakis(3,6-diphenylcarbazol-9-yl)-1,4-dicyanobenzene,4CzTPN-Ph)为掺杂剂,三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline aluminum,Alq3)为主体材料制备了发光层为Alq3:x%4CzTPN-Ph的有机发光二极管器件,并测量了室温下不同注入电流和不同掺杂浓度,以及固定某一电流和掺杂浓度在不同温度下器件的磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL)效应和磁电导(magneto-conductance,MC)效应.实验发现,在主客体掺杂类型器件中,与普通掺杂器件减小的磁效应相比,这种器件具有明显的反常磁效应——即表现出增强的MEL和MC幅值.以室温下注入电流为150μA的实验为例,发光层为Alq3:5%4CzTPN-Ph器件的MEL幅值在磁场为300m T处达到了10%左右,大约是参考器件(发光层为CBP:5%4CzTPN-Ph)的MEL幅值(~0.75%)的13倍,且该器件对应的MC幅值在磁场为300 m T处达到了6%左右,大约是此参考器件MC幅值(~0.12%)的50倍.此外,这种掺杂器件的MEL和MC明显受到掺杂浓度的调控,当掺杂浓度达15%左右时,MEL和MC幅值可达到最大值.在不同温度下,这种掺杂器件的MEL和MC值均随着温度的降低而减小.通过分析器件的能级结构和光谱可知,Alq3:4CzTPN-Ph器件具有主客体分子间特殊的能级排布,造成客体分子的能级陷阱较弱,外加磁场抑制三重态激子对电荷的散射作用(TQA)就可产生显著的MEL和MC幅值,从而得到不同于普通掺杂器件的反常磁效应.此外,由于TQA过程受三重态激子浓度与载流子浓度的影响,掺杂浓度和实验温度也能通过影响三重态激子浓度和载流子浓度来对TQA反应强弱进行调控,从而有效地调控这种反常磁效应.本研究工作有助于深入理解基于4CzTPN-Ph发光器件微观机制的演化过程,并将促进有机发光二极管在磁学器件方面的应用.