《多尺度方法模擬無定形有機聚集體的激發態動力學過程》是依託清華大學，由馬會利擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多尺度方法模擬無定形有機聚集體的激發態動力學過程
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：馬會利
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚集誘導發光現象因克服了制約有機發光材料發展的聚集螢光淬滅現象，成為近年來的研究熱點。有機發光材料在實際的光電器件中均以固態薄膜的形式存在，而實驗上無法測定固態薄膜中分子結構和分子堆積形式，故難以探測其無定形聚集體結構與發光效率等性質之間的內在聯繫，因而有必要從理論計算角度解答這一問題。本項目將運用分子動力學（MD）與混合的量子力學/分子力學（QM/MM）相結合的方法模擬無定形有機聚集體的聚集形成及激發態能量衰減的動力學過程。對MD模擬得到的無定形聚集體結構，計算其螢光、共振拉曼散射和核磁共振譜等性質，以此來檢測模擬結構的合理性和可靠性。研究分子構型變化、分子間堆積方式和外部環境等因素對發光效率的影響，揭示有機聚集體的結構-性質關係。本項目突破了目前僅對單分子和固態晶體的研究範圍，實現了從有機聚集體的微觀結構變化，到巨觀性質的多層次調控，進而為高效有機發光材料的設計和調控提供堅實的基礎。
結題摘要
聚集誘導發光材料特別是超長有機磷光材料，因在有機光電器件和生物成像等領域的潛在套用，近年來得到了長足的發展，而其發光機制存在很大爭議。在此背景下，我們率先開展了相應的理論研究工作。本項目的研究內容包括有機磷光分子發光機理的探測、新穎有機磷光分子的預測，以及堆積環境等因素對有機分子磷光性能的影響。經過2年的努力，取得了如下研究成果： （1）利用QM/MM方法，考察了TPA, IPA和CZ2BP分子在氣相和固態下的激發態性質，首次提出了靜電相互作用誘導的室溫磷光機理。晶體下有機分子的發光來源於靜電相互作用誘導的激發態性質的變化—從氣相下禁阻的1(nπ*)態轉變為晶體中允許的1(ππ*)態，從而增強了單/三線態的輻射速率，促進了有機分子的螢光和磷光發射； （2）通過建立理論模型並分析有機磷光分子結構與其性能的關係，提出了新型分子結構設計原則，並據此設計併合成了一系列具有長壽命高效率的有機磷光分子，相關工作被新華社, C&EN等國內外媒體進行了報導。結合理論計算與實驗合成，通過調控有機磷光分子中芳香單元和羰基基團(C=O)的比例組成，我們成功設計合成了五個長壽命高效率的室溫磷光分子，其中 BDBF分子的磷光壽命長達0.23 s，效率高達34.6%； （3）解釋了實驗中的有機室溫磷光現象。實驗中ClBDBT單分子在晶體中的白光現象，理論計算發現固態下ClBDBT分子T1和T2態的雙磷光是其形成白光的原因。
