Спин-зависимое регулирование электронных и магнитных свойств олигомеров поли(3-алкилтиофена) и их композитов с ароматическими нанодобавками

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассчитаны энергетические и спиновые параметры поли(3-алкилтиофеновых) олигомеров и их композитов с ароматическими углеводородами. Идентифицировано сосуществование в изученных соединениях поляронов с разной степенью делокализации. Обнаружено периодическое изменение электронных и спиновых свойств композитов, инициированное взаимодействием олигомеров с ароматическими нанодобавками. Получены анизотропные параметры спиновых гамильтонианов изученных систем, и рассчитаны их спектры ЭПР высокого разрешения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Криничный

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kivi@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Hu W., ed. Organic Optoelectronics. 2013, Wiley-VCH Verlag Weinheim. 507.
  2. Khalifeh S. Polymers in Organic Electronics. Polymer Selection for Electronic, Mechatronic, and Optoelectronic Systems. 1st - Toronto: ChemTec Publishing, 2020. 616.
  3. Szweda R., ed. Third Generation Solar Cells. 2023, Routledge, Taylor & Francis Group. 162.
  4. Ganesamoorthy R., Sathiyan G., Sakthivel P. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2017. V. 161. P. 102–148.
  5. Sauvé G. // The Chemical Record. 2019. V. 19. № 6. P. 1078–1092.
  6. Krinichnyi V.I. Multi Frequency EPR Spectroscopy of Conjugated Polymers and Their Nanocomposites. Boca Raton, FL: CRC Press Taylor & Francis Group, 2016. 314.
  7. Niklas J., Poluektov O.G. // Adv. Energy Mater. 2017. V. 7. № 10. P. 1602226.
  8. Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N., Bogatyrenko V.R. // Synth. Met. 2020. V. 267. P. 116462.
  9. Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N. // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. № 9. P. 4495–4507.
  10. Neeze F. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2012. V. 2. № 1. P. 73–78.
  11. Mulliken R.S. // J. Chem. Phys. 2004. V. 23. № 12. P. 2343–2346.
  12. Van Landeghem M., Maes W., Goovaerts E., Van Doorslaer S. // J. Magn. Reson. 2018. V. 288. P. 1–10.
  13. Hanwell M.D., Curtis D.E., Lonie D.C. et al. // J. Cheminform. 2012. V. 4. № 1. P. 17.
  14. Stoll S., Schweiger A. // J. Magn. Reson. 2006. V. 178. № 1. P. 42–55.
  15. Brédas J.L., Themans B., Fripiat J.G. et al. // Phys. Rev. B. 1984. V. 29. № 12. P. 6761–6773.
  16. Krinichnyi V.I. // High Energ. Chem. 2023. V. 58. № 1. P. 166–173.
  17. Kim D.H., Park Y.D., Jang Y.S. et al. // Adv. Funct. Mater. 2005. V. 15. № 1. P. 77–82.
  18. 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. P. 529–557.
  19. Enengl C., Enengl S., Pluczyk S. et al. // ChemPhysChem. 2016. V. 17. № 23. P. 3836–3844.
  20. Devreux F., Genoud F., Nechtschein M., Villeret B. On polaron and bipolaron formation in conducting polymers // Electronic Properties of Conjugated Polymers V. 76. Kuzmany H., Mehring M., Roth S. Berlin: Springer-Verlag, 1987. P. 270–276.
  21. Kuroda S., Marumoto K., Sakanaka T. et al. // Chem. Phys. Lett. 2007. V. 435. № 4–6. P. 273–277.
  22. Brazovskii S., Nattermann T. // Adv. Phys. 2004. V. 53. № 2. P. 177–252.
  23. Shrestha A., Higuchi K., Yoshida S., Higuchi M. // J. Appl. Phys. 2021. V. 130. № 12.
  24. 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. P. 1099–1125.
  25. Aguirre A., Gast P., Orlinskii S. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. № 47. P. 7129–7138.
  26. Konkin A., Ritter U., Scharff P. et al. // Synth. Met. 2010. V. 160. № 5–6. P. 485–489.
  27. Krinichnyi V.I. EPR spectroscopy of polymer:fullerene nanocomposites // Spectroscopy of Polymer Nanocomposites, Thomas S., Rouxel D., Ponnamma D. Amsterdam: Elsevier, 2016. P. 202–275.
  28. Krinichnyi V.I., Yudanova E.I., Denisov N.N. et al. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. № 22. P. 12224–12240.
  29. Krinichnyi V.I., Herrmann R., Fanghänel E. et al. // Appl. Magn. Reson. 1997. V. 12. № 2–3. P. 317–327.
  30. Jeong H.K., Jin M.H., So K.P. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. № 6. P. 065418.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Олигомеры поли(3-алкилтиофенов) (P3AT), поли(3-гидротиофена) (1, P3HyT, m = 0), поли(3-метилтиофена) (2, P3MeT, m = 1), поли(3-этилтиофена) (3, P3EtT, m = 2), поли(3-бутилтиофена) (4, P3BuT, m = 4), поли(3-гексилтиофена) (5, P3HxT, m = 6), поли(3-октилтиофена) (6, P3OcT, m = 8), поли(3-децилтиофена) (7, P3DeT, m = 10) и поли(3-додецилтиофена) (8, P3DoT, m = 12), а также квази-одномерные (Q1D) полиацены (РА) и квази-двумерные (Q2D) графеноподобные полициклические ароматические углеводороды (РН) с разным числом фенильных колец, использованные в настоящей работе

Скачать (481KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость ширины запрещенной зоны Eg = EHOMO – ELUMO олигомеров P3HyT (1), P3MeT (2), P3EtT (3), P3BuT (4), P3HxT (5), P3OcT (6), P3DeT (7) и P3DoT (8) с разным числом мономеров n и длиной алкильных заместителей m, оптимизированных в рамках формализма/теории функционала плотности (DFT), в приближении Малликена/Mulliken в среде пакета Orca согласно процедуре, описанной в Методическом разделе. В верхней части приведены схематические структуры положительно и отрицательно заряженных поляронов на цепях P3AT с их соответствующими энергетическими подуровнями в запрещенной зоне олигомера. Линиями показаны зависимости, рассчитанные из уравнения (1) при (сверху вниз) a0 = 2.761 эВ, b = 5.447 эВ, c = 1.669, a0 = 2.078 эВ, b = 5.886 эВ, c = 1.671, a0 = 0.347 эВ, b = 5.029 эВ, c = 3.153, и a0 = 0.050 эВ, b = 4.003 эВ, c = 3.650 соответственно

Скачать (326KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Относительное изменение зарядовой (a, в, д) и спиновой (б, г, е) плотностей на ядрах водорода 1H (окружности), серы 32S (треугольники) и углерода 12C (квадраты), расположенных вдоль главной х-оси в пределах полярона окисленного олиго12мера поли(3-метилтиофена) (схематически приведенного сверху), оптимизированного в рамках формализма/теории функционала плотности, рассчитанные по методу Малликена в среде программы Orca по процедуре, описанной в Методическом разделе. Для сравнения на (в, г) открытыми треугольниками приведены соответствующие параметры, ранее рассчитанные для атомов серы олиго12мера P3HyT [16]

Скачать (486KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость изотропных константы спин-спинового сверхтонкого взаимодействия, Aiso, и g-фактора, giso, поляронных носителей заряда, инициированных на цепях олигомеров P3HyT (1), P3MeT (2), P3EtT (3), P3BuT (4), P3HxT (5), P3OcT (6), P3DeT (7) и P3DoT (8) от числа их мономерных единиц n и длины m их алкильных заместителей, оптимизированных и рассчитанных в среде программного пакета Orca согласно процедуре, описанной в Методическом разделе. Во вставке представлены спектры ЭПР D-диапазона поляронов, рассчитанные с использованием программы EasySpin и констант Aiso и giso указанных олигомеров, собранных в табл. 2. Верхней и нижней сплошными линиями показаны зависимости, рассчитанные из уравнения (1) с a0 = 2.00162, b = 8.71 · 104, c = 5.31 и a0 = 0.471 MHz, b = 83.62 MHz, c = 1.17 соответственно, а пунктирными верхней и нижней линиями показаны зависимости, рассчитанные из того же уравнения с a0 = 2.00189, b = 6.41×104, c = 2.79 и a0 = 1.873 MHz, b = 81.31 MHz, c = 0.976 соответственно

Скачать (304KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (a) Изменение ширины запрещенной зоны комплекса олиго7мера P3HyT:PA (1) и P3HyT:PH (2) в зависимости от числа фенильных колец n; (б) спиновая плотность на ядрах серы 32S в пределах протяженного полярона композитов P3HyT:PA (1) и P3HyT:PH (2) как функция n. На вкладке верхней и нижней линиями показаны спектры ЭПР D-диапазона комплексов P3HyT:PA1 и P3MeT:PA1 соответственно, рассчитанные с использованием данных табл. 4; (в) ширина запрещенной зоны ароматических Q1D РА и Q2D РН молекул в зависимости от числа их фенильных колец n. Пунктирной линией показана зависимость, рассчитанная из уравнения (1) с a0 = 0.532 эВ, b = 8.968 эВ и c = 2.647. В верхней части в качестве примера изображен структурно-оптимизированный комплекс P3HyT:PA7

Скачать (283KB)
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».