非贵金属铜(I)配合物光电性质的理论研究

Developing the non-precious metal complexes (take copper as example, consist of non-toxic, inexpensive, and environmentally safe) as photoelectric conversion materials, which are the basis of the current large-scale production and applications (such as organic light-emitting diodes, OLED). To some extent, it determines the future development and application of the photoelectric device. In this project we plan to prepare developing the computational chemistry method of the non-radiation decay rate, use the first-principles to study the ground state and excited states of vibration mode, the adiabatic and vertical electronic excited state energies, the radiative decay rate, and the non-radiation decay rate. The aim of this project is to reveal the relationship between the structure and phosphorescence property, investigate the microcosmic mechanism of the luminescent properties, solve the bottleneck problems of the copper (I) complexes as OLED material in design and applications, and provide some useful information for the experimentalist.

鉴于非贵金属例如铜资源丰富、廉价易得，对环境友好等特点，开发非贵金属配合物作为光电转换材料是当前大规模生产和应用光电转换器件如有机发光二极管(OLED)等的基础，一定程度上决定着光电器件的未来发展和应用。本项目将用第一性原理对系列非贵金属铜(I)配合物的电子结构和发光性质进行研究。发展无辐射跃迁速率的计算方法；理论表征基态和激发态的振动模、绝热和垂直跃迁的电子激发态能级，辐射跃迁速率，无辐射跃迁速率；获得高效发光材料结构信息，实现对材料性能的多种指标的精确调控；解决铜(I)配合物作为OLED材料设计和应用的瓶颈问题；从而达到指导该类配合物的设计和实际应用的目的，希望通过理论计算为铜资源的综合开发利用提供广阔思路。

非贵金属铜(I)配合物因具有来源丰富、价格低廉、无毒等优点而用于有机电致发光的磷光材料。虽然，铜(I)配合物在OLED中的应用存在一定的不足，但铜(I)成键性质的多样性和配体的丰富性，以及铜(I)同时具有第二代和第三代发光材料的优势，极大地鼓舞了我们对铜(I)配合物研究和设计的浓厚兴趣。目前相应的深入理论研究工作还较为缺乏，主要为简单的独立分子光谱性质理论研究。主要原因是过渡金属激发态理论方法的不完善制约理论研究工作的深入开展。.我们的选题注重廉价环保，研究难点与国际理论化学前沿同步，在这三年中，我们很好地完成了预定研究计划中的各项工作，本项目运用第一性原理：1）对现有具有相同结构的离子和中性铜(I)配合物之间的性能差异及规律进行了深入的理论研究，并设计一系列很有发展前景的不含抗衡离子的中性铜配合物发光材料。2）在研究离子型铜(I)磷光配合物发光性质的同时，结合现有的理论手段，发展了辐射和非辐射跃迁过程从定性到定量的精确描述，解决了理论上遇到的瓶颈问题；在此方法的完善下，对配体的性质、强度、数目及位置等进行优选和调控，提供了有效的设计策略。3）在完善和发展现有理论手段的情况下，基于铜(I)配合物分子结构及光物理性质调控与设计的思路，把相应的经验和规律拓展到了对其他配合物光电性质的研究中，为新型光电材料的开发和实际应用提供了广阔的思路。