中科院在全高分子太阳能电池领域取得系列进展

正中国科学院长春应用化学研究所的研究人员在n型高分子半导体的开发方面取得了系列进展,首次将硼氮配位键引入到n型高分子半导体的分子设计中,提出了采用硼氮配位键降低共轭高分子的LUMO(最低未占有分子轨道)/HOMO(最高已占有分子轨道)能级,以开发n型高分子半导体的策略,开发出了两类含硼氮配位键的n型高分子半导体受体材料,其全高分子太阳能电池器件效率与传统酰亚胺类n型高分子     

Pd-Au二聚物的结构性质

在相对论有效原子实势(RECP)近似下,用密度泛函(B3LYP)方法,计算Pd-Au二聚物分子及其±1价分子离子的结构性质和能级特性,讨论了最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级间隙(HLG),分析了分子的化学活性。     

镍钒钛三原子体系的平衡结构与性质

用密度泛函理论（B3LYP）方法和相对论有效原子实势（RECP）近似，研究了NiVTi、TiV2、NiV2、NiTi2和TiNi2的平衡结构与性质，讨论了最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）之间的能级间隙，分析了聚合物体系的稳定性质。     

钯钇合金氢化物的密度泛函研究

在相对论有效原子实势（RECP）近似下，用密度泛函（B3LYP／SDD）方法，优化计算氢化物Pd3YH，PdY3H和PdYH3的几何结构，得到Pd3YH（X^1A′），PdY3H（X^1A1）和PdYH3（X^1A1）分子结构为C3v构型，并在同一水平上计算了基态光谱性质、离解能和零点振动能，并得到分子最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）之间的能级间隙，讨论了分子的化学活性。     

Pd_nY（n=1-5）团簇的密度泛函研究（英文）

在相对论有效原子实势近似下,用密度泛函方法（B3LYP/LANL2DZ）计算了二元合金团簇PdnY（n=1-5）可能的几何构型和对应的电子态,得到一系列稳定异构体的结构参数、电子态、能量和谐振频率。用最高占据轨道（HOMO）与最低空轨道（LUMO）之间的能级间隙描述团簇的稳定性,Pd2Y团簇的能级间隙最大,PdY团簇的能级间隙最小。Pd-Y相互作用改变了纯钯团簇的几何构形和稳定性。计算结果有助于系统研究Pd-Y体系的物理化学性质。     

富勒烯衍生物对有机薄膜电池开路电压的提高

有机太阳能电池凭借其制造成本低廉、质轻、可溶性加工等优势而不断引起科研工作者的关注。富勒烯是公认的聚合物太阳能电池最佳受体材料,针对其存在LUMO能级较低,不利于获得高开路电压的光伏器件的问题,对富勒烯类材料进行结构改性,提高其LUMO能级,从而达到提高开路电压(Voc)改善器件效率的目的.并就近年来报道的通过改善富勒烯衍生物受体材料结构来提高器件开路电压的方法在文中进行归纳,阐述聚合物太阳能电池性能与富勒烯衍生物受体材料结构之间的密切关系,为今后开发高效的聚合物太阳能电池受体材料提供参考。.     

以硼为中心支状低聚物电子结构和吸收性质的理论研究

对所设计的以硼为中心、以2,2’–二氮吡啶为官能团的三配位支状低聚物两分子进行优化,得到了两分子的几何构型和电子结构:两分子的HOMO轨道电子云分布较为分散,主要分布在有机取代基上,而LUMO轨道电子云主要集中在中心原子部位;从能量上看分子B的LUMO轨道被降低,能级差变小。在对这两分子的光吸收性质进行的理论研究中,发现增加共轭链长可使光吸收强度增大,且吸收波长变短,即与传统分子的光吸收性质不同。     

有缺陷的层状MoS_2复合TiO_2的光催化机理

采用第一性原理方法研究与有缺陷的层状MoS_2(d-MoS_2)复合后TiO_2的光催化性能增强的机理。结果发现,复合后体系更趋稳定。对TiO_2/d-MoS_2两相界面处的态密度和电荷差分密度进行分析,结果表明:复合后最低未占据分子轨道(LUMO)均由Mo4d轨道组成,最高占据分子轨道(HOMO)主要由S3p、O_2p轨道组成,电子由HOMO向LUMO跃迁。在光照射时,电子由TiO_2迁移到d-MoS_2,在界面处的d-MoS_2侧累积了多余的电子。电子在TiO_2与d-MoS_2之间的转移导致在界面间形成一个内极化电场,d-MoS_2的高电子传输性能使载流子很容易迁移,导致了光生电子和空穴的有效分离,有利于光催化性能的提高。     

二苯乙烯腈衍生物发光材料的合成及性能

合成了一种新型二苯乙烯腈衍生物发光小分子PH-CN.通过紫外-可见光谱和荧光光谱表征了其在溶液中和固态薄膜下的光学性质,该物质在薄膜状态下的发射峰位于497nm,属于一种绿色发光材料.通过差示扫描量热法和循环伏安法研究其热稳定性和电化学性能,测得PH-CN的玻璃化转变温度为213℃,计算出最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的能级分别为-5.7eV和-3.5eV.在此基础上制备了基于PH-CN掺杂薄膜的多层发光器件ITO/PEDOT:PSS(40nm)/NPB(30nm)/CBP:5%PH-CN(20nm)/TPBI(40nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm),其外量子效率达到了1.02%,色坐标为(0.20,0.40).基于PH-CN的电致发光器件的结果在显示器方面具有潜在的应用价值.     

Au-Zn微团簇的结构与性质

在相对论有效原子实势(RECP)近似下,用Gaussian98程序和密度泛函中的B3LYP/LANL2DZ方法,对AunZn微团簇的各种几何构型进行优化计算,得到它们的基态结构,同时计算了最低能量结构的垂直电离势和电子亲和能,最后计算了团簇的能级分布和最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间的能级间隙(HLG)。     

有机离子反应催化剂选择规则及其量子化学原理

总结有机离子反应选择催化剂的３条经验，进一步探讨其量子化学理论基础。结果表明只要催人剂能提高相互作用中的ＨＯＭＯ能级或降低ＬＵＭＯ能级（并使对称性匹配），均能加速化学反应。这是催化作用的量子化学本质，也是选择催化剂所依据的总的原则。     

二氢叶酸还原酶抑制剂的量子化学研究——吡啶并嘧啶类衍生物的定量构效关系

利用量子化学方法,将二氢叶酸还原酶抑制剂--吡啶并嘧啶类衍生物的电子结构进行了计算分析和线性的拟合.结果表明化合物的5位取代基的体积,最低空轨道的能级,分子偶极矩,能级差有着显著的相关性.回归分析得到了相关性好的相关模型（R=0.93）.     

基于密度泛函理论的P3HT简单计算

通过使用软件包QUANTUM-ESPRESSO对聚3-己基噻吩(P3HT)进行自洽计算,分析该聚合物的成键机理、最高占据轨道和最低空轨道的电荷分布情况以及禁带宽度分析.通过将其带隙宽度与典型的半导体材料进行对比,分析其半导体光电特性.     

聚噻吩导电性能理论分析

利用Gaussian 03从头算程序,采用密度泛函理论(DFT)对导电高分子材料噻吩寡聚体进行了结构与性能关系讨论.选择B3LYP泛函,在B3LYP/6-31 G(d)基组水平下对没有电荷掺杂(nT,n=1/2,1,3/2,2,5/2,3)和有电荷掺杂(nT ,n=1/2,1,3/2,2,5/2,3)的1-6个环的噻吩寡聚体进行了几何全优化计算,对得到的几何结构、前线轨道能级差和激发能等进行分析发现,聚噻吩导电性能随着链长的增加而增加.链长增加到一定程度后导电性的增加不明显.电荷掺杂形成了极子能级,明显降低了聚噻吩的前线轨道能隙、激发能和碳碳单双键键长交替,导电性增强.     

AunRu（n=1-8）团簇的结构与稳定性研究

用B3LYP／LANL2DZ方法,对AunRu（n=1～8）团簇的各种几何构型进行优化计算,得到AunRu（n=1、2、3、4、6）的基态稳定结构为平面结构,团簇AunRu（n=5、7、8）的基态稳定结构为三维结构。通过计算AunRu（n=1～8）团簇的每原子平均结合能、垂直电离势和电子亲和能、破碎能量、二阶差分能量和能级分布,结果表明AunRu具有较高的几何结构与化学稳定性。     

(4,4)碳纳米管/碳化硅纳米管异质结的输运特性

建立了(4,4)碳纳米管/碳化硅纳米管异质结的模型,采用非平衡格林函数法计算了该异质结的输运特性.从异质结的分子投影自洽啥密顿量的本征轨道,可以看出最高占据分子轨道和最低空轨道均位于碳纳米管侧,其能带闻隙约为0.48 eV;从其伏安特性可以看出,在正负偏压下开启电压为+2.0V和-1.6V.     

[Ir(ppy)2(py-x)]+配合物的密度泛函理论研究

从理论上研究了一系列[Ir(ppy)2(py-H)]+ (1),[Ir(ppy)2(py-pr]+ (2),[Ir(ppy)2(py-pz)]+(3) [ppy=苯基吡啶,py=双（吡唑-1-基）甲烷,pr=吡咯,pz=吡唑]配合物的几何构型和光谱特征。采用密度泛函和单激发组态相互作用方法优化了基态和激发态结构,用含时密度泛函结合溶剂化模型计算三个分子在CH2Cl2溶剂中的光谱特征。基态优化得到Ir-N1、Ir-N4和Ir-N6与相应的实验值符合良好,激发态几何构型相对于基态变化较小,这与斯托克斯频移现象相符。配合物1-3的最低能吸收分别在399.07 nm、401.68 nm和396.15 nm,其磷光发射分别在513.00 nm、513.78 nm和510.38 nm,其最高占据轨道(HOMO)主要由金属Ir和配体ppy占据,而分子1和2最低空轨道(LUMO)均为ppy配体占据的π*型轨道,其跃迁属性为金属到配体和配体内部的电荷转移(MLCT/ILCT)跃迁,分子3的LUMO是由ppy和py配体占据的π*型轨道,其跃迁属性仅为金属到配体(py)的跃迁(MLCT)。研究结果表明,在非共轭配体py上引入取代基团不会对配合物发光颜色产生重要影响。     

Reactivity of Tourmaline by Quantum Chemical Calculations

ZnAb initio calculations on reactivity of tourmaline were performed using both Gaussian and density function theory discrete variation method （DFT-DVM）. The HF, B3LYP methods and basis sets STO-3G（3d,3p）,6-31G（3d,3p） and 6-311＋＋G（3df,3pd） were used in the calculations. The experimental results show energy value obtained from B3LYP and 6-31＋＋1G（3df,3pd） basis sets is more accurate than those from other methods. The highest occupied molecular orbital （HOMO） of the tourmaline cluster mainly consists of O atom of hydroxyl group with relative higher energy level, suggesting that chemical bond between those of electron acceptor and this site may readily form, indicating the higher reactivity of hydroxyl group. The lowest unoccupied molecular orbital （LUMO） of the tourmaline cluster are dominantly composed of Si, O of tetrahedron and Na with relative lower energy level, suggesting that these atoms may tend to form chemical bond with those of electron donor. The results also prove that the O atoms of the tourmaline cluster have stronger reactivity than other atoms.     

Fe@Au8团簇的几何结构和电子特性

利用密度泛函PW91方法研究了Fe@Au8团簇的平衡结构和电子性能,获得了多个异构体及电子态。结果显示Fe原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,相似异构体的能量随着Fe原子配位数减少而增加。电子性能分析表明基态结构具有较高的稳定性,类似最稳定Au9团簇的12异构体有相对大的HOMO—LUMO能级间隙。