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《发光金属配合物8-羟基喹啉镓(gaq3)的电子性质及其分子设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、(B辑)第31卷第1期SCIENCEINCHINA(SeriesB)2001年2月发光金属配合物8-羟基喹啉镓(Gaq3)的*电子性质及其分子设计苏忠民高洪泽程红初蓓陈丽华王荣顺王悦沈家骢(东北师范大学化学学院,功能材料化学研究所,长春130024;吉林大学理论化学研究所,教育部超分子结构与谱学开放实验室,长春130023)摘要利用abinitioHF和密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,对有机发光材料8-羟基喹啉镓(Gaq3)进行了几何结构优化,系统分析前线分子轨道特征和能级分布规律以探索其电子跃迁的机理.对3种Gaq3衍生
2、物及其高聚物进行分子设计,分析它们的发光可能性及配体对光谱性质的影响.揭示Gaq3及其衍生物所形成的高分子体系的能带分布特征和规律.结果表明,电子在基态与激发态间的跃迁,主要是在配体8-羟基喹啉环*内或环间的电荷转移,主要为p-p跃迁.电子从含O的苯酚环转移至含N的吡啶环上,O为电子的给体,N为电子的受体.电荷转移的途径应有两种方式:一种是通过喹啉环上的C原子环内传递;另一种则是通过金属离子对配体8羟基喹啉的有效支撑,加强了环间相互作用,促进电子的转移.Gaq3衍生物的分子设计将有效提供合成发光材料的一个方向.关键词8-羟基喹啉
3、镓abinitioDFT电子性质能带结构[1]自从Tang使用8-羟基喹啉铝(Alq3)作为发光材料获得了性能良好的电致发光器件后,有机电致发光器件的发光效率得到了很大提高,以8-羟基喹啉铝和其他类似的金属配合物作为[2~5][6]发光材料的实验研究发展十分迅速.Burrows等系统地研究了8-羟基喹啉镓(Gaq3)和Alq3的电致发光性能.两者相比,Alq3的光致发光光谱强度是Gaq3的4倍,但从驱动电压电致发光量子效率和稳定性上看,Gaq3器件的性能比Alq3还好,Gaq3是更好的显示器件材料.王悦[7]等得到了Gaq3的晶
4、体结构,并对其电荷传输机理进行了研究.金属配合物的发光机理十分[8~12]复杂,尚未形成可以定性和定量解释其发光过程的比较完整的理论体系.而对Gaq3的光[13]谱性质的理论工作更少.本文运用量子化学abinitioHF和密度泛函理论(DFT)B3LYP方法对Gaq3进行优化计算,分析了Gaq3分子的电子性质和分子轨道成分;并深入进行单激发组态相互作用(CIS)的计算,讨论Gaq3发光的电子跃迁机理.为探索性能更好及兼具有小分子和聚合物双重优良特性的高效电致发光材料,设计出3种Gaq3衍生物,讨论取代对其性质的影响,对Gaq3,
5、苯乙烯基取代Gaq3,乙烯基取代Gaq3的高分子化准一维体系进行量子化学EHMO-CO晶体能带结构计算,为实验合成提供理论依据.2000-04-19收稿,2000-08-10收修改稿*教育部优秀青年教师归国人员基金和吉林省科技发展计划(980529)资助项目第1期苏忠民等:发光金属配合物8-羟基喹啉镓(Gaq3)的电子性质及其分子设计171计算模型和方法[14]运用Gaussian94量子化学程序包,采用abinitioHF和DFTB3LYP方法,分别在最小基组STO-3G,劈裂价层基组3-21G,6-31G,有效核势(ECP)
6、和价层双-LANL2DZ标准基组水平上对Gaq3的分子结构进行全优化,对其分子轨道成分进行分析.Gaq3的计算模型如图1所示.考虑到对较大分子积分计算的困难,为节省计算机时,分子按C3点群处理.以优化得到的稳定结构为基础进行单激发组态相互作用(CIS)的计算,探讨分子内部电子跃迁机理.使用HF/6-31G方法对其3种衍生物进行结构优化和MO成分分析,讨论取代基对Gaq3电子性质的影响.运用HF/6-31G优化结果对Gaq3及其苯乙烯基取代物乙烯基取代物作为重复单元的准一维体系进行EHMO-CO一维晶体能带结构计算,能带计算采用扩
7、展[15]的Hückel分子晶体和性质QCPE571程序包.EHMO计算参数为程序自存.计算中,第一Brilliouin区内等距离选取51个k点,考虑了三级近邻晶胞间的相互作用.全部计算都在SGIOrigin200服务器上进行.图1Gaq3的计算模型2计算结果与讨论2.1Gaq3的稳定几何构型根据abinitioHF及DFTB3LYP方法,选用不同标准基组,优化得到的几何结构参数列于表1.键长键角中的标号见图1.表1Gaq3的几何结构参数HFB3LY实验值HFB3LYP实验值键长P[7]键角[7]STO-LANL2DLANL2D
8、/nm6-31G6-31G/(°)STO-3G6-31G6-31G3GZZR(1,2)0.18860.18500.18930.19330.1937A(1,2,3)119.81121.26118.95115.99115.04R(2,3)0.13250.13290.
