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几种功能有机分子电学性能的理论研究

作　者: 袁可
导　师: 范小林
学　校: 赣南师范学院
专　业: 化学
关键词: 氢饱和烷烃链 电荷迁移 绝热电离势 自旋密度分布 密度泛函理论 能隙
分类号: O621.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在这个工作中,我们利用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G*基组水平上计算分析了几种可以用作分子导线的有机分子,对其相应电子性质进行了详细讨论,并对烷烃链分子中电荷迁移机理进行了分析。论文分三个章节讨论了不同有机分子的电子性质及其对电荷传输行为的影响。第三章通过讨论两类饱和烷烃分子链体系:CnH2n+1OH（n=10,12,14,16,18）和C12H25X（X=Cl,OH,NH2）,分别用来研究氢饱和烷烃链中分子链链长以及末端官能团参数对分子链中电荷迁移的影响。理论计算结果表明:末端官能团对分子电子结构性质（即与分子的导电性密切相关的HOMO-LUMO前线轨道能隙值）影响比较大,而分子链链长对分子电子结构性质影响则相对较小,这也与我们之前的实验结果是一致的。对饱和烷烃链分子的电荷迁移机理研究中,发现分子最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙值与分子的电离势之间存在着很好的线性相关性。同时,通过对分子的自旋密度分布（即可用来表征空穴分布状态的参量）分析可知,如果一维烷烃链分子结构中失去一个电子,空穴会分布在分子轨道中用于传输电荷的轨道上（即波函数离域在整个线性结构分子上）。根据以上结果,可以预测发生在饱和烷烃链分子的电荷迁移,其传输机理应属于空穴传输,而不是电子传输机理。第四章在十二烷醇分子中引入双键、三键,并通过它们位置的改变,分别用以研究不饱和键的引入及其位置的变化对能隙、分子前线轨道集居分布以及电子传输特性的影响。研究表明,不饱和键的引入降低了十二烷醇分子的EHOMO,但由双键结构构成的大共轭π体系相对三键组成的体系的EHOMO更低,这正好与分子稳定性顺序相一致;从分子前线轨道集居分布来看,除单烯烃LUMO集居分布受共轭体系限制很小外,其余不饱和分子前线分子轨道均局域于共轭体系,使隧穿效应成为局域分子轨道中主要的传输机制;不饱和分子中导电能力的顺序为:三烯>炔>单烯。第五章对两种不同空间异构的二苯基乙烯分子的平衡结构构型、相应电子结构及其能隙进行的研究表明,两种不同构型在分子共面性和前线轨道电子集居上的差异与特征,导致其电荷传输特性上的差异。同时,在二苯基乙烯分子的基础上对称地引入羟基,结果表明羟基的引入,对母体分子的空间几何构型影响很小,但对分子前线轨道集居分布影响却很大。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 引言  8-16
  1.1 分子电子学  8-9
    1.1.1 分子电子学简介  8-9
    1.1.2 计算化学简介  9
  1.2 单分子结  9-14
    1.2.1 单分子结研究进展  9-11
    1.2.2 单分子结的结构模型  11-13
    1.2.3 单分子结的传输机制研究  13-14
  1.3 本论文研究的目的、意义以及创新点  14-16
第二章 计算原理和方法  16-19
  2.1 目前常用的计算方法分析以及高斯基组简介  16-18
    2.1.1 目前常用的三种计算方法  16-17
    2.1.2 Gaussian03 程序的内存基组及其选择  17-18
  2.2 本文的计算细节  18-19
第三章 饱和烷烃衍生物分子电子传输性能的研究  19-25
  3.1 引言  19
  3.2 结果与讨论  19-24
    3.2.1 分子链长对饱和烷烃链分子能隙的影响  19-21
    3.2.2 末端官能团对饱和烷烃链分子能隙的影响  21-23
    3.2.3 饱和烷烃衍生物分子中电荷传输机理分析  23-24
  3.3 小结  24-25
第四章 烯烃衍生物分子电子传输性能的研究  25-31
  4.1 引言  25
  4.2 结果与讨论  25-30
    4.2.1 HOMO/LUMO 能量  25-26
    4.2.2 LUMO 轨道分布  26-27
    4.2.3 两端原子反应活性  27-29
    4.2.4 HOMO-LUMO 能隙（LHG）影响  29-30
  4.3 小结  30-31
第五章 二苯基乙烯衍生物分子电子传输性能的研究  31-35
  5.1 前言  31
  5.2 结果与讨论  31-33
    5.2.1 几何构型的共面性几何参数  31-32
    5.2.2 HOMO 和LUMO 的轨道集居分布  32-33
    5.2.3 HOMO-LUMO 能隙  33
  5.3 小结  33-35
第六章 结论  35-36
参考文献  36-45
附录1：常用名词缩写  45-46
附录2：研究生期间已发论文  46-47
致谢  47

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