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

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 […]

ADF Highlight:六氯化镅中的5f共价电子(JACS, 2017)

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参考文献: J. N. Cross, J. Su, E, R. Batista, S. K. Cary, W. J. Evans, S. A. Kozimor, V. Mocko, B. L. Scott, B. W. Stein, C. J. Windorff, P. Yang, Covalency in Americium(III) Hexachloride,  J. Am. Chem. Soc.,2017,139, 8667–8677 (2017). 本文结合Spin-Orbit Coupling DFT与跃迁偶极矩方法,计算分析了六氯化镅中氯K边XAS,观察到了Am-Cl键中5f与3d轨道混合的直接证据。 结合实验上氯K边XAS的数据,对比AmCl63- 和等电子的EuCl63-,确认了Seaborg在1954年提出的假设:AmIII 的5f轨道共价比EuIII的4f轨道混合更牢固。 ADF软件中,激发态计算orbital-difference DFT的设置方式:ADF input > Properties > Excitations(UV/Vis), CD > Method > […]

 
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