基于噻吩-苯低聚物的多功能有机电致发光材料结构的理论设计

如何从理论上预测优良OLED多功能电致发光材料应具备的基本结构特征，是一个具有重要学术意义和应用价值的科学问题。本项目首先设计若干噻吩-苯共聚低聚物(包括噻吩-苯共聚、并噻吩稠环单元-并苯稠环单元间共聚以及其他多种形式的共聚)体系为骨架结构，在两端引入电子/空穴传输单元，同时在适当位置引入电子推/拉基团来构筑多功能OLED材料模型分子，采用量子化学计算方法获取电离能、亲合能、重组能、光谱、电荷转移积分等性质参数。结合晶体结构信息，估算载流子迁移率。详细阐明各结构单元间重复比例、重复形式及取代基团类型、数目、位置与载流子迁移率、光谱等性质间的关系，深入揭示噻吩-苯低聚物体系成为新型多功能电致发光材料应具备的基本结构特征，分别提出实现特定发射波长、或优良电子传输能力、或高载流子迁移率等目标性能的具体调控措施，为合成优良多功能OLED材料提供理论指导。

基于已有实验信息, 设计了3大类14个系列160多个有机半导体材料分子, 利用量子化学计算方法对其几何结构、电子结构、光谱等性质进行了研究，结合分子力学方法预测了晶体结构堆积形式，利用孤立轨道法和广义Mulliken-Hush法计算转移积分，结合爱因斯坦扩散方程，预测部分化合物的载流子迁移率、异质结太阳能电池转化率等。具体研究成果分为五个方面：第一，完善了载流子迁移率预测流程并探讨了噻吩-苯低聚物体系成为新型多功能电致发光材料应具备的基本结构特征，分别提出实现特定发射波长、优良电子传输能力、高载流子迁移率等目标性能的具体调控措施；第二， 发展了计算给体HOMO与受体LUMO之间耦合积分Vif的方法与程序，并用于评估异质结太阳能电池界面激子复合趋势；第三，建立了通过扫描结合能来确定D-A分子面-面堆积位移量的方法；第四，预测了部分有机半导体材料的晶体结构形式，初步分析了取代基团对晶体结构形式的影响；第五，在获得晶体堆积结构与载流子迁移率等信息的基础上，初步探讨了光电材料分子的迁移率—堆积方式、结构—性能关系。上述系列研究结果对OLED、载流子传输材料及异质结太阳能电池等有机光电功能材料的设计合成具有重要参考价值。项目执行期间发表SCI学术论文27篇。培养博士生4人(已毕业3人)，硕士生12人(已毕业10人)，目前在站博士后3人。