Luận án tiến sĩ về cấu trúc và tính chất hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic ứng dụng trong vật liệu quang điện

• Tác giả: Trần Ngọc Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Minh Huệ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic trong vật liệu quang điện
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết về vật liệu quang điện hữu cơ
• 1.2. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của đi-ốt phát quang hữu cơ
• 1.3. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của pin mặt trời chất màu nhạy quang
• 1.4. Cơ sở lý thuyết hoá học lượng tử
• 1.5. Cơ sở lý thuyết phản ứng Heck
• 1.6. Hệ chất nghiên cứu
• 1.6.1. Hệ chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 1.6.2. Hệ chất ngưng tụ chứa silic
• 1.7. Tình hình nghiên cứu các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 1.8. Tình hình nghiên cứu các hợp chất ngưng tụ chứa silic
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.1.1. Phương pháp phiếm hàm mật độ
• 2.1.2. Phương pháp phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian
• 2.1.3. Bộ hàm cơ sở
• 2.1.4. Khả năng truyền dẫn điện tích
• 2.1.5. Phương pháp tính toán hóa học lượng tử
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 2.2.1. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2.2. Quy trình phản ứng alkenyl hóa BDT
• 2.2.3. Phân tích cấu trúc sản phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hệ chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 3.1.1. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất hợp chất lưỡng cực dựa trên dibenzothiophene ứng dụng làm vật liệu chất mang trong OLED thế hệ thứ hai
• 3.1.2. Tổng hợp 2-Alkenylbenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene bằng hệ xúc tác Pd/Cu/Ag và nghiên cứu cấu trúc bằng các phương pháp phổ thực nghiệm và tính toán lý thuyết
• 3.1.3. Thiết kế hệ chất bithiophene liên hợp chứa silole và một số dị vòng năm cạnh cho vật liệu quang điện
• 3.2. Hệ ngưng tụ chứa silic
• 3.2.1. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang điện của một số dẫn suất dithienosilole
• 3.2.2. Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của cầu nối π đối với hệ chất hữu cơ dạng D-π-A ứng dụng cho pin mặt trời polymer
• KẾT LUẬN CHUNG
• ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu quang điện

Vật liệu quang điện đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như đi-ốt phát quang hữu cơ (OLED), pin mặt trời hữu cơ (OPV) và cảm biến. Tuy nhiên, vật liệu quang điện vô cơ thường có giá thành cao và yêu cầu điều kiện sản xuất khắt khe. Do đó, việc phát triển các vật liệu quang điện hữu cơ với chi phí thấp và dễ sản xuất đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Các hợp chất chứa lưu huỳnh và silic, đặc biệt là các hệ vòng ngưng tụ, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện tính chất quang điện. Nghiên cứu này nhằm mục đích khảo sát cấu trúc và tính chất của các hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic, từ đó tìm ra những ứng dụng thực tiễn trong chế tạo vật liệu quang điện.

II. Cấu trúc và tính chất của hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh

Hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh, đặc biệt là thiophene, đã được nghiên cứu rộng rãi do tính chất bán dẫn và khả năng truyền tải điện tích tốt. Thiophene có cấu trúc vòng thơm năm cạnh với một nguyên tử lưu huỳnh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các liên kết yếu và tính chất quang điện đặc biệt. Các nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất chứa thiophene có thể cải thiện hiệu suất phát quang và khả năng dẫn điện. Việc tối ưu hóa cấu trúc hình học của các hợp chất này thông qua các phương pháp tính toán hóa học lượng tử sẽ giúp xác định mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất quang điện, từ đó định hướng cho quá trình tổng hợp thực nghiệm.

2.1. Tính chất quang điện của hợp chất chứa lưu huỳnh

Các hợp chất chứa lưu huỳnh thường có tính chất quang điện tốt nhờ vào khả năng nhường electron và hình thành các liên kết yếu. Nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất này có thể được sử dụng trong các ứng dụng như đi-ốt phát quang và pin mặt trời. Việc phân tích cấu trúc và tính chất của chúng sẽ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và cải thiện hiệu suất của các thiết bị quang điện.

III. Cấu trúc và tính chất của hệ vòng ngưng tụ chứa silic

Hệ vòng ngưng tụ chứa silic, đặc biệt là silole, đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu do tính chất điện tử đặc biệt. Silole có cấu trúc tương tự như thiophene nhưng với nguyên tử silic thay thế cho nguyên tử lưu huỳnh. Các nghiên cứu cho thấy rằng silole có mức năng lượng LUMO thấp hơn, dẫn đến mức năng lượng HOMO-LUMO gap thấp hơn, điều này có thể cải thiện khả năng dẫn điện và hiệu suất phát quang. Việc khảo sát các hợp chất chứa silic sẽ giúp phát hiện ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực vật liệu quang điện.

3.1. Tính chất quang điện của hợp chất chứa silic

Các hợp chất chứa silic thường có khả năng truyền tải điện tích tốt và hiệu suất phát quang cao. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh cấu trúc của các hợp chất này có thể tạo ra những vật liệu quang điện với tính chất ưu việt hơn. Việc sử dụng các phương pháp tính toán hóa học lượng tử sẽ giúp xác định các cấu trúc tối ưu cho các ứng dụng trong thiết bị quang điện.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp tính toán hóa học lượng tử để khảo sát cấu trúc và tính chất của các hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic. Các phương pháp như phiếm hàm mật độ (DFT) và các phần mềm tính toán hóa học hiện đại sẽ được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc hình học và xác định các tính chất quang điện. Kết quả thu được từ các phép tính sẽ cung cấp thông tin quý giá cho quá trình tổng hợp thực nghiệm và phát triển các vật liệu quang điện mới.

V. Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic đã chỉ ra tiềm năng lớn trong việc phát triển các vật liệu quang điện mới. Các kết quả từ nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất quang điện mà còn định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực vật liệu quang điện hữu cơ. Việc phát triển các hợp chất mới với tính chất quang điện tốt hơn sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghệ quang điện trong tương lai.