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Gaussian软件在材料科学领域的应用

关键词:    发布时间:2014-03-07 17:17:48    点击数:4559

应用范例一:

半导体异质结构有着与同质结构半导体不同的电子结构从而有着特殊的用途,比如固体激光器、二极管、太阳能电池及晶体管等。本文报道了一种纳米级有机半导体异质 结构,具有潜在的应用前景。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了几种模型化合物的结构特征,证实了HBC 2存在扭曲现象,分析了HBC1、HBC2的分子轨道,从而帮助研究者理解其自组装行为。

 

Supramolecular Linear Heterojunction Composed of Graphite-Like Semiconducting Nanotubular Segments

Wei Zhang et al. Science 334, 340 (2011)

 

应用范例二:

自从Hepp等人提出一个模型有机发光场效应晶体管器件(LEFETs)后,这个领域一直备受关注。本文提出了一种新的有机LEFETs结构,此结构由一层金属氧化物插入有机 层和栅极绝缘层构成,有着特殊的光电性能。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了电子器件的前线轨道并进行了分析。 

 

Light-Emitting Field-Effect Transistors Having Combined Organic Semiconductor and Metal Oxide Layers

Keisei Yamada et al. Adv. Mater. 2013, 25, 2860–2866 

 

应用范例三:

胶体半导体量子点因其有着尺度依赖的光学性质而可以应用于多个领域,如生物成像、太阳能电池及发光二极管等。合成高质量量子点是一个极具挑战的课题。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了不同量子点的UV-Vis吸收光谱,并对不同量子点进行了对比。

Colloidal Semiconductor Quantum Dots with Tunable Surface Composition

Helen Hsiu-Ying Wei et al. Nano. Lett. 2012, 12, 4465

 

应用范例四:

自从聚噻吩场效应晶体管合成出之后,聚合半导体得到了广泛的应用与关注,目前其性能已可以和无定型硅媲美。本文总结了一系列含有DPP结构的聚合物,分析了其电子 输运性质。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了不同聚合单体的构象及聚合物的结构及分子轨道(HOMO-LUMO),从而理解了此类材料的电子移动特性。

LOMO HOMO Recent Advances in the Development of Semiconducting DPP-Containing Polymers for Transistor Applications

Christian B. Nielsen. et al. Adv. Mater. 2013, 25, 1859

 

应用范例五:

在所有的有机光伏太阳能电池系统中,光诱导动力学是光电转换供受界面上最重要的过程。然而到目前为止,对于光电转换这一过程中界面电荷分离的细致机理,研究者 还并未达成共识。本文作者发现在PCPDTBT/PC60BM异质结体系中,单重态可在20~50fs内转化为电荷转移态及极化子。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了PCPDTBT, PC60BM 及PCPDTBT/PC60BM 等体系的垂直激发光谱,激发态能级以及态密度图,阐明了在此体系下电荷转移中的主要因素。

Figure 1. Absorption spectra of PCPDTBT, PC60BM and PCPDTBT/PC60BM (1:4) film, and vertical excited-state transitions computed for PCPDTBT.

 

Figure 3. Calculated excited-state energy levels for CPDTBT4, CPDTBT4/PCB60Mand PC60BM, and computed IES DOS and sketch of the molecular dimer.

 

Grancini, G. et. al. Hot exciton dissociation in polymer solar cells. Nature materials. 2013, 12 (1), 29-33.

 

应用范例六:

太阳能利用是解决能源短缺及环境保护的有效手段,然而要达到有效利用太阳能还并未非常成功,其根本原因是由于太阳能谱强度低,所以需要很大面积的材料来吸收太 阳能,聚合物太阳能电池由于其高效、廉价等特点被认为是最有价值的材料之一。本文报道了一类基于异靛(isoindigo)聚合物太阳能电池,其具有高效的光电转换性能。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了一系列基于异靛(isoindigo)聚合物的前线轨道能量(HOMO, LUMO),并分析了前线轨道的能级及性质与其光电转换效率的关系。

Table 4. Molecular conformational information simulated from DFT calculation.

 

Wang, E.; Mammo, W.; Andersson, M. R., 25th anniversary article: isoindigo-based polymers and small molecules forbulk heterojunction solar cells and field effect transistors. Advanced materials 2014, 26 (12), 1801-26.

 

应用范例七:

聚合物太阳能电池能够在塑料基底上合成因而具有轻质、机械灵活性及办透明性。苏州大学的研究者报道了一种通过裁剪聚合物侧链方法得到的高Polymer/Fullerene比率 聚合物太阳能电池。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了几种聚合物的前线轨道及能级分布,讨论了不同侧链情况下分子轨道变化对太阳能电池性能的影响。

Figure 1.

a) Device structure of the investigated polymer solar cells

b) J-V curves of optimized PSCs based on PTP8:PC 71 BM with different blend ratios

c) EQE of optimized PSCs with different blend ratios

d) effect of polymer/PCBM weight ratios on the performance of device based on P8, PT8 and PTP8.

 

Yuan, J.; Dong, H.; Li, M.; Huang, X.; Zhong, J.; Li, Y.; Ma, W., High Polymer/Fullerene Ratio Realized in Efficient Polymer Solar Cells by Tailoring of the Polymer Side-Chains. Advanced materials 2014.

 

应用范例八:

由电子供体及受体组成的有机供受复合物显示出独特的晶体结构及光电性能。自从供受电荷转移晶体(TTF-TCNQ)被报道以来,分子供受复合物受到越来越多的关注。本 文中,中国科学院等机构研究者报道了一类硫桥轮烯结构电荷转移复合物晶体结构,研究了其电荷传输性质。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了此类化合物的重组能,电荷转移机理及电子耦合等性质,很好的理解和阐明了电荷转移机理。

Figure 4. The most important charge transport pathways and electronic coupling for hole and electron.

A) Hole: t direct = 41.4 meV, t super = 23.4 meV.

B) Electron: t direct = 26.4 meV, t super = 53.6 meV.

 

Qin, Y.; Zhang, J.; Zheng, X.; Geng, H.; Zhao, G.; Xu, W.; Hu, W.; Shuai, Z.; Zhu, D., Charge-Transfer Complex Crystal Based on Extended-pi-Conjugated Acceptor and Sulfur-Bridged Annulene: Charge-Transfer Interaction and Remarkable High Ambipolar Transport Characteristics. Advanced materials 2014. online

 

应用范例九:

量子效率对于OLED材料来说是一个重要的性能指标,因为如果使用高量子效率设备可以获得低功耗的OLED面板。一般来说,OLED材料增加量子效率的方法是通过使用高效 发光或荧光材料。本文报道了一种可用于OLED材料的基质材料并研究了其量子效率。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了DCzDCN材料的HOMO,LUMO轨道分布及能级,分析了轨道对荧光的影响。

Figure 4. Lifetime curves of DCzDCN:4CzIPN, DCzDCN:Ir(ppy)3 , CBP:4CzIPN, and CBP:Ir(ppy)3 devices.

 

Cho, Y. J.; Yook, K. S.; Lee, J. Y., A Universal Host Material for High External Quantum Efficiency Close to 25% and Long Lifetime in Green Fluorescent and Phosphorescent OLEDs. Advanced materials 2014. Online

 

应用范例十:

直径大小在分子尺度的一维纳米通道材料光敏客体分子理想的超分子组装基底。特别是 L型分子筛是应用极为广泛的聚集染料客体分子的材料。本文报道了一类具有强各 向异性的杂化材料,该材料具有高荧光性能。

 

高斯软件的作用:

使用Gaussian软件计算了AC及PY的分子结构及光物理参数等,并讨论了结构与荧光效率及寿命之间的关系。

Figure 2. AC (top) and PY (bottom) confined within the AEL channels, and deviation angles; the channel void volume is shown to help with interpretation.

 

Martínez-Martínez, V.; García, R.; Gómez-Hortigüela, L.; Sola Llano, R.; Pérez-Pariente, J.; López-Arbeloa, I., Highly Luminescent and Optically Switchable Hybrid Material by One-Pot Encapsulation of Dyes into MgAPO-11 Unidirectional Nanopores. ACS Photonics 2014, 1 (3), 205-211.

 

 

 

 

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