Исследование роли конформации олигомеров политиофена на их электронные и магнитные свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Из сопоставления данных, теоретически полученных с использованием методов теории функционала плотности (ТФП) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) с экспериментальными результатами установлены корреляции электронных и магнитно-резонансных параметров спиновых носителей заряда в олигомерах потитиофена с разной степенью их полимеризации и конформации.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Криничный

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН (ФИЦ ПХФ МХ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: kivi@icp.ac.ru
Россия, проспект академика Н.Н. Семенова, 1, Черноголовка, 142432

Список литературы

  1. Hu W., ed. Organic Optoelectronics. 2013, Wiley-VCH Verlag Weinheim. 507.
  2. Petty M.C. Organic and Molecular Electronics: From Principles to Practice. 2nd: Wiley-Blackwell, 2018. 512 р.
  3. Khalifeh S. Polymers in Organic Electronics. Polymer Selection for Electronic, Mechatronic, and Optoelectronic Systems. 1st – Toronto: ChemTec Publishing, 2020. 616 р.
  4. Chatterjee A., Mukhopadhyay S., eds. Polarons and Bipolarons: An Introduction. Chapman & Hall Pure and Applied Mathematics. 2018. CRC Press: Boca Raton. 475.
  5. Zade S.S., Bendikov M. // The Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110. № 32. pp. 15839–15846.
  6. Brazovskii S.A., Matveenko S.I. // J. Exper. Theor. Phys. 1992. V. 102. № 1. pp. 146–162.
  7. Elsenbaumer R.L., Shacklette L.W. Phenylene-Based conducting polymers // Handbook of Conducting Polymers . V. 1. Scotheim T.E. New York: Marcel Dekker, Inc., 1986. pp. 213–263.
  8. Devreux F., Genoud F., Nechtschein M., Villeret B. // Electronic Properties of Conjugated Polymers V. 76. Kuzmany H., Mehring M., Roth S. Berlin: Springer-Verlag, 1987. pp. 270–276.
  9. Westerling M., Osterbacka R., Stubb H. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. № 16. P. 165220.
  10. Millefiori S., Alparone A., Millefiori A. // J. Heterocycl. Chem. 2000. V. 37. pp. 847–853.
  11. Sariciftci N.S. // Synth. Met. 1996. V. 80. № 2. pp. 137–141.
  12. Kohn W. // Rev. Mod. Phys. 1999. V. 71. № 5. pp. 1253–1266.
  13. Brédas J.L., Themans B., Fripiat J.G., Andre J.M., Chance R.R. // Phys. Rev. B. 1984. V. 29. № 12. pp. 6761–6773.
  14. Neeze F. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2012. V. 2. № 1. pp. 73–78.
  15. Niklas J., Mardis K.L., Banks B.P., Grooms G.M., Sperlich A., Dyakonov V., Beauprě S., Leclerc M., Xu T., Yue L., Poluektov O.G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 24. pp. 9562–9574.
  16. Van Landeghem M., Maes W., Goovaerts E., Van Doorslaer S. // J. Magn. Reson. 2018. V. 288. p. 1–10.
  17. Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N. // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. № 9. P. 4495–4507.
  18. Alexandrov A.S. Polarons in Advanced Materials. 2007. P. 672.
  19. Eglitis R.I. // Int. J. Mod Phys B. 2014. V. 28. № 17. P. 1430009.
  20. Mulliken R.S. // J. Chem. Phys. 2004. V. 23. № 12. P. 2343–2346.
  21. Hanwell M.D., Curtis D.E., Lonie D.C., Vandermeersch T., Zurek E., Hutchison G.R. // Journal of Cheminformatics. 2012. V. 4. № 1. P. 17.
  22. Stoll S., Schweiger A. // J. Magn. Reson. 2006. V. 178. № 1. pp. 42–55.
  23. Kuroda S., Marumoto K., Sakanaka T., Takeuchi N., Shimoi Y., Abe S., Kokubo H., Yamamoto T. // Chem. Phys. Lett. 2007. V. 435. № 4-6. pp. 273–277.
  24. Kim D.H., Park Y.D., Jang Y.S., Yang H.C., Kim Y.H., Han J.I., Moon D.G., Park S.J., Chang T.Y., Chang C.W., Joo M.K., Ryu C.Y., Cho K.W. // Adv. Funct. Mater. 2005. V. 15. № 1. pp. 77–82.
  25. Sensfuss S., Al-Ibrahim M. Optoelectronic properties of conjugated polymer/fullerene binary pairs with variety of LUMO level differences // Organic Photovoltaics: Mechanisms, Materials, and Devices (Optical Engineering) Sun S.S., Sariciftci N.S. – Boca Raton: CRC Press, 2005. pp. 529–557.
  26. Enengl C., Enengl S., Pluczyk S., Havlicek M., Lapkowski M., Neugebauer H., Ehrenfreund E. // ChemPhysChem. 2016. V. 17. № 23. pp. 3836–3844.
  27. Bernier P. The magnetic properties of conjugated polymers: ESR studies of undoped and doped systems // Handbook of Conducting Polymers V. 2. Scotheim T.E. New York: Marcel Dekker, Inc., 1986. pp. 1099–1125.
  28. Aguirre A., Gast P., Orlinskii S., Akimoto I., Groenen E.J.J., El Mkami H., Goovaerts E., Van Doorslaer S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. № 47. pp. 7129–7138.
  29. Konkin A., Ritter U., Scharff P., Roth H.-K., Aganov A., Sariciftci N.S., Egbe D.A.M. // Synth. Met. 2010. V. 160. № 5–6. pp. 485–489.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эволюция исходной зонной структуры нейтрального политиофена (a) при покидании его цепи элементарного заряда |e|, сопровождающемся образованием на ней поляронов Р+* (б) или Р−* (в) с соответствующими энергетическими уровнями Ei в запрещенной зоне.

Скачать (175KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Относительные плотности заряда (a) и электронного спина (б) на атомах водорода и серы в оптимизированных в рамках формализма/теории функционала плотности (ТФП) нейтральном (а) и окисленном (б) 12-мерных олигомерах политиофена (ПТ), рассчитанные по методу Малликена в среде пакета Orca с использованием функционала B3LYP совместно с модулем EPRNMR, а также базовыми комплектами EPRII для атомов 1Н и 12С и TZVPP для 32S. На (б) изображен восьмизвенный полярон с хиноидной/транс-конформацией, несущий спин S = 1/2 и элементарный положительный заряд +e. Суммы обеих плотностей на всех атомах (включая также не приведенную здесь 12С равны нулю (a) и единице (б).

Скачать (472KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение зарядовой (a, б, г, д, ж, з) и спиновой (в, е, и) плотностях на ядрах водорода (окружности), серы (треугольники) и углерода (квадраты) вдоль главной х-оси нейтрального (незаполненные точки) и окисленного (заполненные точки) в пределах 12-мерного олигомера политиофена (схематически приведенного вверху), оптимизированного в рамках формализма/теории функционала плотности (ТФП), рассчитанные по методу Малликена в среде программы Orca.

Скачать (597KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение ширины запрещенной зоны от размерности политиофеновых олигомеров, оптимизированных в рамках формализма/теории функционала плотности (ТФП), определенной в виде разности Eg = EHOMO – ELUMO соответствующих энергетических уровней ВЗМО и НСМО, рассчитанных в приближении Малликена в среде пакета Orca. В верхней части приведены графики изоповерхностей указанных энергетических уровней, рассчитанные для 7-мерного олигомера политиофена. Верхней сплошной, пунктирной и нижней сплошной линиями показаны зависимости, рассчитанные из уравнения (1) с коэффициентами a0 = 2.078 эВ, b = 5.89 эВ, c = 1.67, a0 = 2.070 эВ, b = 5.45 эВ, c = 1.59 и a0 = 3.153 эВ, b = 5.03 эВ, c = 3.15 соответственно.

Скачать (311KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость изотропных констант спин-спинового сверхтонкого взаимодействия, Aiso, и g-фактора, giso, поляронов со спином S = 1/2 и элементарным положительным зарядом +e, от длины цепи политиофенового олигомера, рассчитанные в среде пакета Orca с использованием функционала B3LYP совместно с модулем EPRNMR, а также базовыми комплектами EPRII для атомов 1Н и 12С и TZVPP для 32S. На вставке приведен спектр ЭПР 2-мм диапазона, рассчитанный для 12-мерного олиготиофена с использованием программы EasySpin и соответствующих данных, приведенных в табл. 2. Нижняя и верхняя зависимости рассчитаны из уравнения (1) с a0 = 0.47 МГц, b = 83.62 МГц, c = 1.17 и a0 = 2.00162, b = 8.71 ∙ 104, c = 5.31.

Скачать (271KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».