具有手性连续体的光子活性蝴蝶结纳米组件(Nature 2023)

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摘要 在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中,美国密歇根大学Kotov教授小组的Prashant Kumar博士报导了具有显示手性连续体的化学结构的蝴蝶结纳米结构微粒。与具有二元左右手性的典型手性结构不同,它们的扭曲可以从完全扭曲的左手结构精确调控到扁平煎饼结构,再到完全扭曲的右手结构。合成快速而直接,可以选择性反射某些类型的圆偏振光,这种手性材料成为经济型手性超材料的杰出代表。这对机器人视觉开发领域具有重要意义,可能推进机器人在复杂人类环境中精确导航的技术发展。而且蝴蝶结颗粒的分散结构,非常有利于在各种类型材料上的印刷。 为了解释实验观察到的蝴蝶结纳米组件的巨大振动圆二色性信号(VCD),用ADF进行了DFT计算。Paul Nicu博士对大型蝴蝶结结构(200至400个原子之间)进行了BP86/DZP计算,并使用AMS图形用户界面的VCDtools程序对结果进行了分析。 延申参考阅读:https://www.sohu.com/a/657193321_121334651 参考文献 Prashant Kumar, Thi Vo, Minjeong Cha, Anastasia Visheratina, Ji-Young Kim, Wenqian Xu, Jonathan Schwartz, Alexander Simon, Daniel Katz, Valentin Paul Nicu, Emanuele Marino, Won Jin Choi, Michael Veksler, Si Chen, Christopher Murray, Robert Hovden, Sharon Glotzer and Nicholas A. Kotov, Photonically active bowtie nanoassemblies with chirality continuum, Nature volume 615, […]

南京大学鞠熀先课题组提出双激发态电化学发光机制并用精氨酸修饰黑磷量子点增强发光强度(Nat. Comm. 2022)

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电化学发光(ECL)过程中的激发态是通过电活性物质与电极之间发生电子传递形成的中间体自由基之间发生电子转移反应产生的。通常,激发态物种可以是1R*或者3R*。根据自旋统计规则, 1R*和3R*的比值为1:3,从最低激发三重态(T1)到基态(S0)是非辐射跃迁。因此,ECL发光体的最大量子效率仅为25%,这限制了ECL过程中辐射能量的充分利用。热激活延迟荧光过程可以实现3R*到1R*的快速反系间窜越,从而充分利用单线态和三线态激子。但是,热激活延迟荧光过程通常仅在最低激发单重态(S1)和T1之间的能隙足够小(约0.1 eV)时才能发生。近期,南京大学生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授研究团队用黑磷量子点(BPQDs)作为ECL发光体,实现了同时从S1到S0和T1到S0发生辐射跃迁产生ECL。 BPQDs在2014年首次由块状黑磷制备(Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3653−3657),已广泛用于光热治疗、电催化和柔性器件等领域。BPQDs和黑磷纳米片的ECL已受关注,但空气中的氧化降解使黑磷纳米材料表面存在氧化缺陷,严重影响其光学和电学性能。在该工作中,作者用溶剂热法制得直径4 nm左右的BPQDs(图1),提出一种精氨酸(Arg)钝化BPQDs氧化缺陷的策略。精氨酸通过其胍基的离域正电荷与BPQDs表面氧化缺陷的负电荷间的静电和氢键相互作用结合,提高了BPQDs的水溶性、稳定性、可修饰性和ECL性能。 图 1. 精氨酸修饰前(BPQDs,蓝色)后(R-BPQDs,红色)的电镜与谱学表征 在阴极共反应剂K2S2O8存在时,R-BPQDs/GCE在−1.20 V出现ECL峰,其强度比BPQDs/GCE高25倍,阴极ECL效率比BPQDs高3.2倍。BPQDs和R-BPQDs的ECL光谱都表现出双发射的性质,其波长与它们各自的荧光和磷光峰位置一致。因此,BPQDs和R-BPQDs具有同时从S1到S0和T1到S0发生辐射跃迁产生ECL的性质(图2)。根据精氨酸与BPQDs的氧化缺陷之间的静电和氢键相互作用,作者用AMS软件ADF模块进行密度泛函理论计算,验证了精氨酸的重要作用。氧化缺陷导致BPQDs的最高占据分子轨道(HOMO)局域在缺陷位置,阻碍电子转移,因此降低了发光强度。在精氨酸修饰钝化表面氧化缺陷后,R-BPQDs的HOMO移动到中心位置,从而改变了电子跃迁途径,使HOMO与最低未占据分子轨道(LUMO)的空间重叠更大,明显提高了发射强度和电荷转移能力。通过比较不同氨基酸修饰BPQDs后的ECL变化,作者认为R-BPQDs的阴极ECL增强归因于精氨酸中吸电子胍基的存在,它稳定了邻近的电子注入R-BPQDs的LUMO后产生的R-BPQDs阴离子自由基R-BPQDs•−。 图2. 精氨酸修饰BPQDs前后的阴极ECL机制 为了将R-BPQDs的ECL用于生物分析,作者用含有精氨酸的多肽(精氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸,RRGDS)代替精氨酸修饰BPQDs,合成RRGDS-BPQDs,其中RGDS可以特异性识别整合素αV/β3,并将RRGDS-BPQDs共价连接在多壁碳纳米管修饰的GCE上,利用RGDS将细胞膜表面富含整合素αV/β3的A549细胞结合到电极表面,开发出一种用于评估整合素抑制剂抑制效率的灵敏ECL方法,证明了BPQDs的ECL以及激发态调节策略的实用性。该工作提出的ECL激发态调节新策略为解密ECL机理提供了新途径,并拓宽了纳米ECL发光体的应用。 上述相关成果已以“Arginine-modified black phosphorus quantum dots with dual excited states for enhanced electrochemiluminescence in bioanalysis”为题发表于Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-022-35015-9)。博士生于思琦和博士后杜宇为该工作的共同第一作者,鞠熀先教授为通讯作者。 鞠熀先教授课题组长期从事纳米发光体的ECL及其生物传感应用研究:首次在水相体系研究QDs的ECL性能,并将其用于共反应剂的化学传感(Anal. Chem. 2004, 76, 6871–6876),制得第一支量子点ECL生物传感器(Chem. Commun. 2007, 404–406),构建了QDs的能量转移、电子转移、表面缺陷、自生共反应剂、共反应剂消耗等ECL新机制,发现了新的ECL共反应剂,建立了小分子、DNA、蛋白质和糖基的ECL检测方法,研制出低ECL电位的量子点。随后,该研究组设计合成了多种具有ECL性能的无机纳米颗粒,如g-C3N4纳米片、钴基MOF、电活性MOF、鲁米诺或Ru(bpy)32+负载的纳米复合材料、双稳定剂封端的Au纳米簇和铜掺杂的铽MOF等,提出新的ECL生物传感机制(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10446-10450; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 3049-3053; Anal. Chem. 2021, 93, 14878)。近年来,鞠熀先教授通过合成噻咯-咔唑偶联的聚合物量子点(Pdots)和钌联吡啶掺杂的Pdots,提出了双ECL增强策略,发展了电子受体-电子供体-聚集发光基团偶联的高效ECL发光体和Pdots双分子内共振能量转移的ECL体系,构建了金属离子和多种疾病标志物高通量可视化成像检测方法,用合成的共反应剂内嵌高ECL效率的Pdots,实现了单个活细胞膜蛋白与单细胞分泌物的无试剂ECL成像检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 197; Biosens. […]

山东大学刘锋《ACS Appl. Mater. Interfaces》:两步热注射法制备低缺陷混合卤化物钙钛矿纳米晶

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关键词 两步热注射;钙钛矿纳米晶;空位缺陷;蓝光LED 正文 开发高荧光量子产率(PLQY > 80%)的纯蓝光钙钛矿纳米晶具有重要的基础和现实意义,因为这些材料可以作为光发射层应用于蓝光LED。阴离子交换策略是目前获得蓝光钙钛矿纳米晶的常用方法,它使用Br盐对预合成的CsPbCl3纳米晶进行后处理,通过触发Cl–和Br–离子之间的交换获得混合卤化物蓝光纳米晶。然而,大多数阴离子交换策略得到的CsPb(Cl/Br)3纳米晶PLQY通常低于30%,意味着传统制备方法无法有效消除混合卤化物当中的非辐射复合缺陷,特别是Cl空位缺陷。 山东大学刘锋教授课题组通过分析Cl空位填充热力学原理,对传统混合卤化物纳米晶制备方法进行优化改进,设计了一种简单、高效的两步热注入方式,通过调节Br离子前驱体反应活性和反应温度,打破了Cl空位填充热力学限制,在实现阴离子交换反应的同时填补了Cl空位缺陷,制备出PLQY接近100%的蓝光CsPb(Cl/Br)3量子点。所开发的纯蓝光LED(发射峰值在~460 nm)具有4 V的低开启电压和在8 V左右的高稳定性。相关工作以“Filling Chlorine Vacancy with Bromine: A Two-Step Hot-Injection Approach Achieving Defect-Free Hybrid Halogen Perovskite Nanocrystals”为题,发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》,并被选为封面文章。 1. 两步热注射法 混合卤化物钙钛矿中的Cl-Br阴离子交换本质上是一个动力学过程,只要提供充足浓度的反应离子即可完成卤素交换反应。然而,得到的大多数混合卤化物PLQY较低,说明引入的Br–离子不能有效填补或消除Cl空位。这和Cl空位填充过程的热力学性质有关,因为Br–填充 Cl空位可以看作是PbCl6八面体的修复过程,在这个过程中Br–离子和Pb2+将形成新的化学键配位,见图1(a)。 方案1(a)阴离子交换反应和通过形成Pb-Br化学键填充Cl空位的示意图;(b)两步热注射方法合成CsPb(Cl/Br)3纳米晶的示意图。 2. Br前驱体和反应条件的优化 新的Pb-Br化学键的形成只有在其热力学壁垒被打破时才会发生,因此需要对合成参数进行额外调控,例如Br前体反应活性、反应温度等。基于此,课题组研究了一系列具有代表性的Br前驱体,包括PbBr2、GeBr2、ZnBr2、InBr3、AgBr和CuBr2,并研究了它们在120 ~ 160 ℃范围内注入到CsPbCl3纳米晶溶液的温度(图1(b))。通过评估各个反应条件下所得到的纳米晶的光学性质,确定最佳反应温度和最优的Br卤素源。 图1(a)使用AgBr制备的纳米晶的PL光谱;(b-c)使用 PbBr2、GeBr2、ZnBr2、CuBr2和InBr3制备的纳米晶PL光谱;(d-e)使用GeBr2制备的Cl/Br钙钛矿纳米晶的TEM-EDX分析;(f)使用各种Br前体所得纳米晶的XRD谱。 3. 低缺陷纳米晶的表征 如图2(a)所示,在相同PL峰位置条件下(~460 nm),采用GeBr2于160 ℃制备的CsPb(Cl/Br)3纳米晶PLQY达到98%,而其他卤化物前驱体得到的纳米晶QY普遍低于20%。但当注入温度降低到120 ℃时,GeBr2制备的样品PLQY也会下降到约60%,表明不同温度条件下Cl空位的填充情况不同,进一步支持了Cl空位填充过程是一个热力学过程,即Br前驱体反应活性和反应温度对其能量壁垒的打破起非常关键的作用。为直观展示空位缺陷,课题组采用XPS技术对纳米晶进行结合能表征。如图2(b),GeBr2制备的纳米晶XPS Pb 4f7/2谱可以很好地采用单峰拟合,约138.5 eV,对应Pb2+与卤素离子的键合状态。而PbBr2制备的纳米晶(PLQY ~1%),其XPS除了该固有的特征峰外,还包含一个由油酸铅贡献的信号(空位缺陷的一个重要特征,~138.0 eV),表明GeBr2制备的纳米晶确实有效抑制了空位的生成。 图2(a)不同Br前体和两种不同反应温度下制备的CsPb(Cl/Br)3纳米晶的PLQY;(b)为PbBr2和GeBr2制备的样品的XPS Pb 4f7/2谱图。 […]

电荷转移态中的自旋轨道耦合(Molecules 2022)

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摘要 阿姆斯特丹大学的研究人员研究了电子供-受体分子的扭曲对性质的影响。对于包含芘受体和二甲基苯胺供体的电子供体-受体体系,确定了自旋轨道耦合矩阵元(SOCME)、电荷分离的电子耦合,对构象的依赖性。 对热激活延迟荧光(TADF)、光动力疗法、三重态发光二极管而言,自旋轨道耦合效应起着决定性影响。作者在动力学和能量角度,讨论了旋-轨电荷转移系间窜跃 (SOCT-ISC) 机制,包括经典Marcus电子转移理论中,电荷分离、电荷复合的相关参数。自旋轨道耦合,在电荷复合到三重态过程中起着重要作用,可以通过TD-DFT 进行探索,同时TD-DFT也为理解和预测 SOCT-ISC 机制提供了有效途径。该研究用丙酮和 4-硫代胸腺嘧啶的自旋轨道耦合矩阵元作为基准。 关于这项工作的三个报告的视频资料,可以辅助读者理解如何在自己的工作中使用类似的方法: 芘-二甲基苯胺正交电荷转移态的自旋-轨道耦合_René Williams使用计算化学来描述和理解SOCT-ISC机制_Davita van Raamsdonk正交电荷转移态中的自旋轨道耦合_Shivan Bissesar 所有 ADF 输入文件(链接)。 参考文献 Bissesar, D. M. E. van Raamsdonk, D. J. Gibbons, R. M. Williams, Spin Orbit Coupling in Orthogonal Charge Transfer States: (TD-)DFT of Pyrene—Dimethylaniline. Molecules 2022, 27 (3), 891.

热激子基TADF分子设计的理论探讨(Materials Advances 2022)

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近年来TADF过程的研究取得了诸多突破,但要进行更高效率和量子产率的TADF分子设计,还需要更多深入的理论机理上的研究。与传统(冷)TADF一样,基于热激子的TADF材料也可以有效地利用单重态和三重态激子,理论上产生100%的IQE。与冷TADF(从低激发T1到S1)不同,热TADF中的RISC过程发生在高激发三、单重激发态(Tm(m>1)与Sn(n>1))之间。设计满足热激子形成条件的材料,例如低三重态之间能隙足够大,而高激发单-三重态能级间隙足够小,仍然是相当困难的。 印度SRM大学化学系Jesni M Jacob、Mahesh Kumar Ravva近期的研究中,探索、分析了分子设计的基本概念,并通过密度泛函理论建立热TADF分子的结构-性质关系,提出了一种分子设计策略。作者设计了一系列新的热激子机制施主(D)-π-受体(A)型分子,探索了新设计分子的电子特性,以助于设计“热激子”通道OLED材料。由于苯恶嗪(PXZ)和咔唑(CZ)的给电子能力适中,因此选择它们作为给电子单元,而吡嗪单元上的吸电子基团包括H、F和CN被取代为受体单元,使用CN化的萘噻二唑(NZ)和蒽噻二唑(AZ)单元连接供体和受体,设计出十二个D-π-A框架分子。这项研究可以为具有多个热激子通道的有机材料的分子设计方法带来新的见解,从而更好地利用激子。 参考文献 Theoretical Insights on Molecular Designing of Hot-Exciton based Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecules, J. M. Jacob and M. K. Ravva, Mater. Adv., 2022, DOI: 10.1039/D2MA00039C

韩克利教授团队在制备高光电性能钙钛矿纳米晶研究方面取得新进展(Nano Lett. 2022)

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近日,山东大学前沿交叉科学青岛研究院分子科学与工程研究院韩克利教授团队在制备高质量金属卤化物钙钛矿纳米晶方面取得重要进展,利用锗卤化物作为理想的前驱体设计了一种更有效、毒性更小的制备高光电性能金属卤化物钙钛矿纳米晶体的途径,使所制备的纳米晶的光电质量得到了明显改善。相关研究成果以“Germanium Halides Serving as Ideal Precursors: Designing A More Effective and Less Toxic Route to High Optoelectronic Quality Metal Halide Perovskite Nanocrystals”为题发表在国际学术期刊Nano Letters上。山东大学是该论文的第一完成单位,前沿交叉科学青岛研究院2019级硕士研究生王晓晨和2020级博士研究生柏天新为该论文共同第一作者,韩克利教授和刘锋教授为该论文的共同通讯作者。 金属卤化物钙钛矿纳米晶由于显著的尺寸特性和结构稳定性受到了广泛关注。然而,铅基和非铅钙钛矿纳米晶的三前驱体合成面临着非常相似的挑战:当前选择的卤化物前驱体主要局限于有毒并且高度易燃的有机卤化物,这将大大限制它们的大规模应用。另外,这些有机卤化物制备的大多数纳米晶由于卤素缺陷导致其光致发光性能较差。而很多无机金属卤化物又会同时将金属阳离子引入钙钛矿晶格,从而不可避免地改变目标材料的晶体结构。因此,寻找合适的卤化物前驱体变得越来越重要。 在本工作中,该团队创新性地提出了将全无机锗盐GeX4(X = Cl、Br、I)作为稳定且低危险性的卤化物前驱体。不同于大多数其他无机卤化物前驱体,GeX4化合物不会将Ge元素传递到最终化合物中,而所得纳米晶的发光强度、荧光寿命、光致发光量子产率和相稳定性都得到了明显改善。这可归功于Ge卤化物中卤素离子释放过程的良好调控,这有助于增加所得钙钛矿纳米晶的卤化物组成,从而减少或消除与卤化物空位相关的陷阱态。并且理论计算表明,锗卤化物在介电环境和热力学中都提供了有利的条件,这共同有助于形成尺寸受限的缺陷抑制的纳米粒子。该研究为制备高质量的钙钛矿纳米材料并调整其光电特性提供了一条光明道路。 上述工作得到了国家自然科学基金委人工光合成基础科学中心、国家自然科学基金和山东大学齐鲁青年学者基金等资助。 原文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c03527

Cs4PbBr6纳米晶的快速本征发射猝灭(Nano Lett. 2021)

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Cs4PbBr6属于0D金属卤化物家族,具有分离和独立的[PbBr6]4-八面体。在不同的报道中,其纳米晶粒与块体形式,在室温下不发光或发绿色光,对绿色发光的起源或猝灭的机制没有明确一致的结论。要解开这个谜,意大利理工学院(IIT)纳米化学系的研究人员研究了构成该材料的孤立卤化铅八面体部分的电子结构,然后在不同温度下对Cs4PbBr6固态材料的2x2x2超胞进行了从头算分子动力学研究。使用AMS软件ADF模块在DFT(TDDFT)/PBE/DZP理论水平上,对单个八面体性质进行研究,评估了基态和最低激发态几何结构之间的差异,以及自旋轨道耦合(SOC)对能级和电子跃迁的影响,发现激发态的几何弛豫主要是八面体内Pb-Br键的轴向伸长,SOC贡献导致最低激发态的三重态和单重态特征混合,从而导致光学上允许的自旋禁止跃迁,与光致发光的激发和发射光谱一致。 对完整Cs4PbBr6的分子动力学模拟表明,电子与Pb-Br伸展运动相关的声子发生耦合,导致光致发光的猝灭,因此光致发光仅出现在低温下,这与实验数据是一致的。CsBr空位缺陷被认为是绿色发射的主要原因之一,它的加入再次导致了发光的猝灭,因此相互连接的八面体是唯一可能产生绿色发射的缺陷。综上所述,在纯材料中,由于热淬火室温发射被抑制,观察到的绿色发射可能只是导致PbBr6八面体之间互连的结构缺陷的结果,而不是空位或其他点缺陷。 参考文献: U. Petralanda, G. Biffi, S. C. Boehme, D. Baranov, R. Krahne, L. Manna*, and I. Infante, Fast Intrinsic Emission Quenching in Cs4PbBr6 Nanocrystals, Nano Lett. 21, 8619–8626 (2021)

卤化物钙钛矿溶液的理论理解

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溶液合成是制备光电用金属卤化物钙钛矿最常用的方法之一。从溶液中控制钙钛矿的生长对于获得高质量的材料至关重要,这也需要研究者对钙钛矿前驱体化学有深入的了解。事实上,起始材料(盐、溶剂、添加剂)的选择决定了钙钛矿本身的最终形态和结晶度。因此,确定钙钛矿溶液制备过程中形成的溶剂化碘化物(即碘化铅络合物)的构成,对理解溶液与材料性质之间的关联非常重要。尤其是溶剂和添加剂如何影响碘化物平衡,这将使我们在理解这些材料的行为方面得到进一步的认知。 为了达到这个目标,佩鲁贾大学和CNR SCITEC的研究人员开发了一个综合的实验和计算框架,它包括UV/Vis吸收光谱和密度泛函理论(DFT)模拟。静态计算和分子动力学用于揭示溶剂化碘化物模型结构的特性,然后对其进行TDDFT计算,得到包含自旋轨道耦合(SOC)效应的精确其光学行为。 理论和实验吸收光谱之间的极好一致性,让研究人员发现可信的溶剂化钙钛矿物种与配位溶剂。在一系列论文中,报道了二甲亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)[1]和γ-羟基丁酸内酯(GBL)[2]中的钙钛矿溶剂化结构。通过比较实验光谱和计算光谱,还研究了水[3]和PbCl2铅盐前驱体[4]对碘化物平衡的影响。这些研究揭示了钙钛矿前驱体溶液的不同组分如何影响溶剂化复合物的性质,这些组分对钙钛矿的生长方式、形态和最终材料中发现的缺陷类型有直接影响,从而影响其在太阳能电池中的性能。 输入文件下载:*.ams,*.run 参考文献: [1] Radicchi, E.; Mosconi, E.; Elisei, F.; Nunzi, F.; De Angelis, F. Understanding the Solution Chemistry of Lead Halide Perovskites Precursors. ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 3400–3409. [2] Radicchi, E.; Kachmar, A.; Mosconi, E.; Bizzarri, B.; Nunzi, F.; De Angelis, F. Structural and Optical Properties of Solvated PbI2 in γ-Butyrolactone: Insight into […]

基于高效TADF咔唑金树状聚合物制备出溶液加工型OLEDs(Chem. Sci. 2021)

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香港大学化学系分子功能材料研究所,最近首次设计并合成了一类新的含C^C^N配体的咔唑金(III)树状大分子,其固态薄膜的光致发光量子产率高达82%,辐射衰减速率常数高达105 s−1。通过变温发射光谱、时间分辨光致发光衰减和计算研究,发现这些金(III)树状大分子表现出热激活延迟荧光(TADF)性质。并基于这些金(III)树状大分子,制备出溶液加工型有机电致发光二极管(OLED),其最大电流效率为52.6cd A−1,最大外部量子效率为15.8%,高功率效率为41.3 lm W−1。并记录了这些OLED的运行稳定性,基于零代和第二代树状大分子的器件在100 cd m-2下的最大半衰期分别为1305小时、322小时。 为了更深入地了解这些包含三齿配体的金(III)树状大分子的电子结构,以及吸收和发射的起源,作者进行了密度泛函理论(DFT)和TDDFT 计算。对基态、激发态分子结构、激发态,以及参与激发的分子轨道进行了系统性的分析,其中480-520 nm 的激发主要由HOMO → LUMO贡献。HOMO是主要位于咔唑部分的π轨道,而LUMO是主要位于中央苯环和C^C^N配体的吡啶基部分的π*轨道,因此,HOMO → LUMO跃迁可以认定为 LLCT [π(咔唑) → π*(C^C^N)] 跃迁,三种结构的吸收带及其光谱分配与实验结果趋势一致。 为了更深入地了解增加咔唑基单元对环金属化配体电子密度的影响,还计算了三种结构的基态静电势面。显然,由于树状咔唑取代基的吸电子作用,较高代咔唑基树枝的引入,导致更缺电子的吡啶基,这降低了辅助咔唑基N-供体配体上的电子密度,减少了其给电子的能力。咔唑基N-供体配体的供体强度较差,会使金属中心更加缺电子,通过σ效应从C^C^N钳形配体中吸取更多的电子密度。电子富集较少的金属中心对金属 dπ 轨道起到稳定作用,这反过来会导致 π* (C^C^N) 轨道较小程度的不稳定。总体而言,第二种结构的 HOMO-LUMO能隙 (3.04 eV)比第一种 (3.06 eV) 和第三种 (3.09 eV) 的能隙略窄,与实验趋势非常吻合。 为了更深入地了解发射态的性质,使用非限制性PBE0对T1进行了几何结构优化。三种分子的自旋密度主要位于 C^C^N 配体的咔唑基部分、中心苯环和吡啶基部分,从而支持发光态的LLCT [π(咔唑) → π*(C ^C^N)]特性。发射波长采用S0和T1优化几何结构之后的能量差近似,发射波长从第三种分子 (507 nm) 到第一种分子 (530 nm)与第二种分子 (534 nm)显现出红移特点,这与实验中观察到的趋势一致。 为了进一步了解 TADF 过程中涉及的激发态,使用包含Tamm-Dancoff 近似 (TDA) 的 TDDFT 优化了三种分子的S1和T1的几何结构。计算得到三种分子ΔE ST值分别为 0.005、0.006 和 0.004 eV。为了进一步了解第一种分子的的 […]

卤化物钙钛矿:高效准确的DFTB模拟( J. Chem. Inf. Model 2021)

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对金属卤化物钙钛矿材料性质的全面理解,对于提高未来太阳能电池的稳定性和效率至关重要。毫无疑问,计算模拟是在原子水平上描述金属卤化物钙钛矿的物理化学性质的一个非常有价值的工具。为了彻底了解这些复杂系统,需要对相对较大体系中的电子和离子进行同时建模,这对DFT计算来说代价很大。埃因霍温技术大学的研究人员,近期验证了最近的GFN1-XTB DFTB方法用于模拟卤化物钙钛矿性质的适用性。 他们评估了GFN1-xTB的性能,并计算了几种金属卤化物钙钛矿的结构、能量、振动和光电特性。对一系列具有不同化学成分(阳离子、金属、阴离子)以及结构相(立方、四方、正交)的卤化物钙钛矿进行了与实验、DFT计算的综合比较。 结果表明,GFN1-xTB方法可以处理比标准DFT计算更大的体系和更长的时间尺度,而计算成本很低,同时在计算各种结构和电子性质时保持较高的精度。虽然DFTB在模拟钙钛矿方面显示出很高的通用性,但仍有改进的余地,最显著的是某些结构相,经过几何弛豫后发生的结构畸变,以及含有复杂动态键的离子的错误电子描述。由于xTB哈密顿量的可调性质,作者设想通过重新参数化来改善DFTB的性能。基于AMS的ParAMS,能够训练ReaxFF、DFTB参数。 参考文献: J. M. Vicent-Luna, S. Apergi, S. Tao, Efficient Computation of Structural and Electronic Properties of Halide Perovskites Using Density Functional Tight Binding: GFN1-xTB Method, J. Chem. Inf. Model. 61, 4415 (2021)

 
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