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平面酞菁聚合物电子性质的理论研究
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【中学生化学小论文】0 引言酞菁(Phthalocyanine,简称Pc)类化合物具有平面共轭结构和良好的导电性,对其研究和应用非常广泛[1-4]·酞菁聚合物往往兼有小分子酞菁优异的光电性能和高分子良好的成膜性及机械性能,在有机光电子材料和器件方面具有广泛的应用前景·酞菁聚合物是由酞菁分子以一定的堆积方式聚合而成,常见堆积方式有2种: (1)由酞菁分子的中心原子互相连接而成的柱型(一维)聚合物;
(2)由酞菁分子通过苯环或萘环相互连接而成的线型(一维)或平面型(二维)聚合物·
对柱型和线型聚合物电子性质的研究表明[5-6],苯并联线型聚合物是平面共轭体系,其前线能带能级代写论文明显低于柱型聚合物,易于受主掺杂·而萘并联线型聚合物中酞菁环间隔增大,平面型二维聚合物具有更大的共轭体系,这些因素都可能使聚合物在电子性质上有新的特性·目前对这2种聚合物进行理论研究的报道还很少·首先从理论上进行探讨,将有助于认识可能的平面酞菁聚合物间结构与性质的关系,并为设计新型酞菁聚合物提供有益的启示·
本文用密度泛函(DFT)自洽场晶体轨道方法(SCF-CO)研究一维萘并联酞菁聚合物和二维苯并联酞菁聚合物,所有计算均在B3LYP/3-21G水平上完成·从酞菁分子间连接方式和聚合物平面共轭两方面,说明不同聚合方式可直接调制电子性质·作为比较,本文同时给出一维苯并联酞菁聚合物的结构和电子性质·
1 计算模型和方法
所研究的平面酞菁聚合物的几何结构模型见图1·图1a和b分别为一维苯并联和萘并联酞菁聚合物,简称(Pc)n和(Nap-Pc)n·图1c是(Pc)n的二维聚合物, 2个平移矢量方向相互垂直,简称Slab·由于平面酞菁聚合物是通过苯环或萘环在酞菁环平面方向聚合,所以没有引入中心原子·
图1 平面酞菁聚合物的结构模型
Fig.1
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