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外场作用下蒽分子的激发特性研究

徐国亮 袁伟 耿振铎 刘培 张琳 张现周 刘玉芳

外场作用下蒽分子的激发特性研究

徐国亮, 袁伟, 耿振铎, 刘培, 张琳, 张现周, 刘玉芳
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  • 蒽(anthracene)具有良好的热稳定性以及较高的荧光量子产率的优点, 是最早用于研究有机发光器件(organic light-emitting device, OLED)的材料之一. 在本文中, 主要利用量子化学方法研究了不同外电场对蒽分子激发特性的影响规律. 首先采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在6-311G(d, p)基组水平上对蒽分子基态结构进行优化, 基于稳定基态结构, 利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)以及同一基组水平, 计算出蒽分子的前十个激发态的激发能、跃迁偶极矩、振子强度和紫外吸收光谱等数据. 然后以密度泛函B3P86方法优化出的不同外电场下蒽分子基态结构为基础, 使用TDDFT方法研究了不同外电场对蒽分子前线轨道能级和激发特性的影响规律. 结果显示, 无场时蒽分子在紫外区域234.50 nm处有一个较强的吸收峰, 对应基态电子跃迁至第5激发态吸收光子波长; 在外电场作用下, 蒽分子电子由基态跃迁到激发态的各项光谱参数均有显著变化, 加场后蒽分子的吸收光谱发生了红移, 由紫外波段移向了紫外–可见光波段, 与实验值相符合. 分子前线轨道的计算结果也表明蒽分子的最高占据轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能量差值在不同电场下存在差异.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11274095)、河南省基础与前沿技术研究计划(批准号: 122300410109)、河南省高校青年骨干教师资助计划(批准号: 2009GGJS-044)、 河南省教育厅基础研究计划(批准号: 13A140550)和河南师范大学国家级科研项目培育基金(批准号: 2010PL02)资助的课题.
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    Zhang Y F, Forrest S R 2012 Phys. Rev. Lett. 108 267404

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    Su Y J, Wu X M, Hua Y L, Shen L Y, Jiao Z Q, Dong M S, Yin S G 2012 Chin. Phys. B 21 058503

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    Duan Y, Chen P, Zhao Y, Liu S Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 077805 (in Chinese) [段羽, 陈平, 赵毅, 刘式墉 2011 物理学报 60 077805]

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    Mllen K, Scherf U 2006 Organic light emitting devices. Editor (Wiley Online Library).

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    Tang C W, VanSlyke S A 1987 Appl. Phys. Lett. 51 913

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    Harvey R G 1991 Polycyclic aromatic hydrocarbons: Chemistry and Carcinogenicity (Cambridge University Press)

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    Pope M, Kallmann H, Magnante P 1963 J. Chem. Phys. 38 2042

    [11]

    Vincett P, Barlow W, Hann R, Roberts G 1982 Thin Solid Films 94 171

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    Xu G L, Xie H X, Yuan W, Zhang X Z, Liu Y F 2012 Chin. Phys. B 21 053101

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    Cooper G, Olney T N, Brion C 1995 Chem. Phys. 194 175

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    Xu G L, Xie H X, Yuan W, Zhang X Z, Liu Y F 2012 Acta Phys. Sin. 61 043104 (in Chinese) [徐国亮, 谢会香, 袁伟, 张现周, 刘玉芳 2012 物理学报 61 043104]

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    Fedorov I A, Zhuravlev Y N, Berveno V P 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 5679

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    Wang Y, Chen J W, Li F, Qin H, Qiao X L, Hao C 2009 Chemosphere 76 999

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    [3] 李世雄, 陈德良, 张正平, 隆正文, 秦水介. 环形C18在外电场下的基态性质和激发特性. 物理学报, 2020, 69(10): 103101. doi: 10.7498/aps.69.20200268
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    [9] 朱正和, 王藩侯, 闵军, 黄多辉. 外电场作用下MgO分子的特性研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3052-3057. doi: 10.7498/aps.58.3052
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    [13] 徐梅, 令狐荣锋, 支启军, 杨向东, 吴位巍. 自由基分子BeH外电场特性. 物理学报, 2016, 65(16): 163102. doi: 10.7498/aps.65.163102
    [14] 曹欣伟, 任杨, 刘慧, 李姝丽. 强外电场作用下BN分子的结构与激发特性. 物理学报, 2014, 63(4): 043101. doi: 10.7498/aps.63.043101
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    [17] 杨涛, 刘代俊, 陈建钧. 外电场下二氧化硫的分子结构及其特性. 物理学报, 2016, 65(5): 053101. doi: 10.7498/aps.65.053101
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    [19] 李亚莎, 谢云龙, 黄太焕, 徐程, 刘国成. 基于密度泛函理论的外电场下盐交联聚乙烯分子的结构及其特性. 物理学报, 2018, 67(18): 183101. doi: 10.7498/aps.67.20180808
    [20] 李亚莎, 孙林翔, 周筱, 陈凯, 汪辉耀. 基于密度泛函理论的外电场下C5F10O的结构及其激发特性. 物理学报, 2020, 69(1): 013101. doi: 10.7498/aps.69.20191455
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-10-11
  • 修回日期:  2012-11-21
  • 刊出日期:  2013-04-05

外场作用下蒽分子的激发特性研究

  • 1. 河南师范大学物理与电子工程学院, 新乡 453007
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11274095)、河南省基础与前沿技术研究计划(批准号: 122300410109)、河南省高校青年骨干教师资助计划(批准号: 2009GGJS-044)、 河南省教育厅基础研究计划(批准号: 13A140550)和河南师范大学国家级科研项目培育基金(批准号: 2010PL02)资助的课题.

摘要: 蒽(anthracene)具有良好的热稳定性以及较高的荧光量子产率的优点, 是最早用于研究有机发光器件(organic light-emitting device, OLED)的材料之一. 在本文中, 主要利用量子化学方法研究了不同外电场对蒽分子激发特性的影响规律. 首先采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在6-311G(d, p)基组水平上对蒽分子基态结构进行优化, 基于稳定基态结构, 利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)以及同一基组水平, 计算出蒽分子的前十个激发态的激发能、跃迁偶极矩、振子强度和紫外吸收光谱等数据. 然后以密度泛函B3P86方法优化出的不同外电场下蒽分子基态结构为基础, 使用TDDFT方法研究了不同外电场对蒽分子前线轨道能级和激发特性的影响规律. 结果显示, 无场时蒽分子在紫外区域234.50 nm处有一个较强的吸收峰, 对应基态电子跃迁至第5激发态吸收光子波长; 在外电场作用下, 蒽分子电子由基态跃迁到激发态的各项光谱参数均有显著变化, 加场后蒽分子的吸收光谱发生了红移, 由紫外波段移向了紫外–可见光波段, 与实验值相符合. 分子前线轨道的计算结果也表明蒽分子的最高占据轨道(highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)能量差值在不同电场下存在差异.

English Abstract

参考文献 (16)

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