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

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах