на конкурс

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.АКМУЛЛЫ
Исследование электронной
структуры мономерных соединений
электроактивных полимеров
Султанбаева Г.Ш., Калимуллина Л.Р.
Содержание
•Постановка задачи
•Объекты, модели и методы исследований
•Результаты расчетов и их анализ
•Перспективы исследований
•Выводы
Открытие и разработка
электропроводящих полимеров
Нобелевская
премия по химии
2000 г.
"for the discovery and development of conductive polymers"
Alan J. Heeger
1/3 of the prize
Alan G.
MacDiarmid
1/3 of the prize
Hideki Shirakawa
1/3 of the prize
USA
USA and New Zealand
Japan
University of California
Santa Barbara, CA, USA
University of
Pennsylvania
Philadelphia, PA, USA
University of Tsukuba
Tokyo, Japan
b. 1936
b. 1927
(in Masterton, New
Zealand)
b. 1936
Эффекты электронного переключения в тонких
пленках несопряженных полимеров
А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева. УФН 176 (12) 1249 (2006).
Цель и задачи работы
Цель:
 квантово-химическое исследование
структуры и электронных свойств
электроактивных полимеров.
Задачи:
 изучить методы квантово-химических
расчетов;
 изучить пакеты прикладных программ
для квантово-химических расчетов;
 провести серию квантово-химических
расчетов модельных систем;
 обработать полученные результаты и
сделать выводы.
Объекты исследования
Структурная формула полиариленфталидов:
R, R' – ароматические заместители различного вида.
Основные представители полиариленфталидов
3-хлор-3-(4-дифенилсульфид)-фталилиден
3-хлор-3-(4-дифенилоксид)-фталилиден
3-хлор-3-фенилфталилиден
3-хлор-3-(4-дибензотиофен)-фталилиден
Основные представители полиариленфталидов
3-хлор-3-(4-дибензофуран)-фталилиден
3-хлор-3-(4-дифенил)-фталилиден
3-хлор-3-(4-кабразол)-фталилиден
3-хлор-3-(4-(N-метилкарбазол))-фталилиден
Квантово-химические методы исследования
•полуэмпирический метод АМ1
•неэмпирический метод Хартри-Фока
(RHF)
Постановка задачи
Шишлов Н.М., Хурсан С.Л., Пшеничнюк С.А. и др. / Структура и динамика молекулярных
систем. – Яльчик, 2006. – С. 421-427
Жданов Э.Р.// Нанотехнологии: наука и производство. 2009. №1. с. 4.
Плотности вероятности распределения
HOMO (1) и LUMO (2) состояний
(до раскрытия лактонного цикла)
1)
2)
Плотности вероятности распределения
HOMO состояний
(после раскрытия лактонного цикла )
А.Н. Лачинов, Э.Р.Жданов, Р.Г. Рахмеев, Р.Б.Салихов, В.А. Антипин.
ФТТ, т.52 №1 с.181-186 (2010).
Квантово-химические расчеты мономеров
3-хлор-3-(4-дифенилсульфид)-фталилиден
Плотности вероятности распределения
HOMO (1) и LUMO (2) состояний
1)
2)
Расчеты проводились ограниченным методом Хартри-Фока в валентно-расщепленном
базисе 6-31G. Оптимизацию геометрии осуществляли полуэмпирическим методом АМ1
Квантово-химические расчеты димеров
Димер 3-хлор-3-(4-дифенилсульфид)-фталилидена
Плотности вероятности распределения
HOMO(1), LUMO(2) и LUMO+1(3) состояний
1
2
3
Результаты моделирования димеров
2*мономер = димер + HCl
Метод расчета
димер
Димер 3-хлор-3-(4дифенилсульфид) фталилидена
AM1
6-31 G(d)
Энтальпия реакции H0 ,кДж/моль
-46,16
-18,05
Квантово-химические расчеты димер-димерных
комплексов
Димер-димер-3-хлор-3-(4-дифенилсульфид)-фталилиден
Плотность вероятности
распределения HOMO(1) и LUMO(2)
состояния
1
2
Плотность вероятности
распределения LUMO+1(1),
LUMO+2(2) и LUMO+3(3) состояния
1
2
3
Результаты моделирования димер-димерных
комплексов
2*димер = димер-димер
Метод расчета
Димер-димер
димер-димер-3хлор-3-(4дифенилсульфид)фталилиден
AM1
6-31 G(d)
Энтальпия реакции H0 ,кДж/моль
-11,52
-30,59
Перспективы исследований
Двумерный электронный газ
Выводы
• Получены плотности вероятности распределения
HOMO и LUMO состояний в модельных системах
мономеров, димеров и димер-димерных комплексах
• Показано, что распределение электронной плотности
имеет большую вероятность на фталидной группировке.
• Проведена оценка термодинамической устойчивости
взаимной ориентации фрагментов полимерной цепи
Спасибо за внимание!