相干電荷轉移理論及其在有機光電功能材料中的套用

《相干電荷轉移理論及其在有機光電功能材料中的套用》是依託廈門大學，由趙儀擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：相干電荷轉移理論及其在有機光電功能材料中的套用
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：趙儀
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

隨著對電荷轉移研究的不斷深入，傳統電荷轉移理論的局限性變得越來越明顯，尤其是新型有機光電材料中的電荷轉移對已有理論提出了新的挑戰。該類體系中較強的電聲耦合，使得成熟的能帶理論和局域電荷蛙跳模型均無法直接適用，導致對光電轉化效率起重要作用的電荷傳輸機理一直存在爭論。課題擬針對電荷轉移的新挑戰，發展相干電荷轉移動力學理論，將能帶理論和蛙跳模型統一起來，並將發展的理論與電子結構計算結合，進而理論上預測有機光電材料中的電荷傳輸機理。具體而言：（1）發展相干電荷轉移理論，得到能夠研究納米尺度光電材料且滿足精細平衡原理的電荷動力學方法；（2）拓展理論來研究光誘導的激子或電子-空穴對的動力學過程，調查對有機光電功能材料效率起決定作用的界面電荷分離過程；（3）結合電子結構計算，研究幾個具體有機材料（如聚噻吩-富勒烯衍生物）中的電荷遷移率和電荷分離動態過程，嘗試澄清目前電荷轉移機制中爭論的問題。

結題摘要

本項目按照課題計畫要點較好地完成了預期目標。針對載流子運動機制爭議性問題，提出了新的動力學方法——含時波包擴散方法來統一處理載流子的相干與擴散運動過程，該方法要求的計算時間與流行的混合量子-經典方法相似，卻能夠得到與嚴格量子理論預測相一致的結果；課題組進一步將發展的動力學方法和電子結構理論計算相結合，用於研究有機光電功能材料中載流子的動力學過程，調查對有機光電功能材料效率起決定作用的界面電荷分離過程；結合電子結構計算，研究了具體有機材料（如剛性平面結構的PBDTTPD共聚物與富勒烯衍生物）中的電荷遷移率和電荷分離動態過程，嘗試澄清目前電荷轉移機制中爭論的問題。由於我們研究工作的系統性和完善性，發展的理論計算方法以及在有機光電材料中的遷移率預測研究領域具有一定的影響，多次受邀參加相關學術會議並做邀請報告。發展的能夠將能帶理論和跳躍模型統一起來的含時波包擴散方法也得到了國際同行的認可，如美國哈佛大學和日本京都大學理論化學課題組已採用我們發展的方法研究複雜有機分子體系中的能量和電荷轉移量子動力學過程。在該課題支持下共發表學術論文9篇和一些學術會議論文，共支持9位研究生進行科研工作。