通过配体修饰理论设计一类优异的铂配合物发光材料

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发光材料在能源、照明显示、电子信息以及生物医药等方面发挥了不可替代的作用,随着科学技术的更新和发展,发光材料不断地改变着人们的生产和生活。过渡金属配合物作为有机发光二极管(OLED)的磷光材料能有较高的化学稳定性和发光效率,因此理论研究配体的改变对发光性质的影响对新型有机过渡金属发光材料的设计和探索具有重要的指导意义。本研究主要涉及两种含氮杂环的一类过渡金属二价铂配合物的电子结构和发光性质的理论研究。其中一种是辅助配体为乙酰丙酮(acac),主配体为二苯并噻吩(dibenzothiophene,Sph2)分别与2-甲基咪唑、3,5-二甲基吡唑、2-吡啶、甲基三唑连接组成的含氮杂环铂配合物,分别命名为1、2、3、4;另一种是辅助配体同样为乙酰丙酮(acac),主配体为三芳基硼基团(Bph3)分别与吡啶基(N)、甲基咪唑基(C*),以及在甲基咪唑基(C*)上引入共轭基团苯或者萘连接组成的含氮杂环铂配合物,分别命名为5、6、7、8。我们用理论计算的方法研究了这一类(acac)型铂金属配合物的基态和激发态的几何结构、电子结构、发光性质和辐射跃迁速率。对于计算方法,我们选用五种常用的泛函进行泛函选择。经计算得出的配合物1,5和6的基态几何结构参数和紫外可见吸收光谱,分别与实验给出的X-光晶体结构数据和吸收光谱数据相比较,得出使用B3P86泛函是最准确的。因此,对两种配合物的基态几何结构优化采用B3P86方法,对金属原子和非金属原子分别采用LanL2DZ和6-31G*基组,同时加入了频率的计算。而最低能吸收的计算以及激发态几何结构的优化采用的是TD-B3P86的计算方法;发射光谱的计算使用的是TD-M062x的计算方法。为了模拟实验环境,增加理论计算的准确度,在对紫外可见吸收和磷光发射光谱进行计算的过程中,对于5-8的计算我们使用了二氯甲烷(CH2Cl2)溶剂的极化模型PCM。配合物1、3、4所有的非氢原子都在同一平面上,而含有的二甲基咪唑的2破坏了原子的共面性;配合物5-7的金属原子和配位原子均近似处于同一平面,而配合物8的更大的π电子共轭基团菲基打破了配位原子共面的结构。在优化的S0态几何结构基础上,我们分别得到了前线分子轨道HOMO和LUMO能带间隙、基态和激发态两个最高占据d轨道的能级差Δddocc和Δdd*,并且发现配合物2和8配合物在各自类型中表现出相对较好的电子结构和轨道性质。经过计算配合物的磷光性质,得到两种铂金属配合物均属于蓝色发光材料,并且最低能吸收和磷光发射的跃迁性质分别是MLCT/ILCT和3MLCT/3ILCT。最后,我们通过经验公式定量计算得出两种配合物的辐射跃迁速率常数kr,而引入较大π电子共轭基团菲基的配合物8的kr最大。由此,我们衷心地希望所做的研究工作能对今后高效蓝色磷光材料的设计和研究提供一些理论指导和帮助。
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