Theoretical analysis of electrochromism under redox of bis(3-thienyl)/(2-thienyl)hexafluorocyclopentene: effects of charged and substituted systems

文献情報

出版日 2017-03-07
DOI 10.1039/C7CP00262A
インパクトファクター 3.676
著者

Zhi-Xiang Zhang, Pi-Xia Wang, Fu-Quan Bai, Chui-Peng Kong, Hong-Xing Zhang


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要旨

Electrochromism with the ring-closing or ring-opening isomerization of substituted and unsubstituted bis(3-thienyl)/(2-thienyl)hexafluorocyclopentene is discussed using the DFT method. In the neutral ground state, bond making and breaking between two reactive C atoms on thienyls are thermodynamically forbidden. Under redox conditions, the gain or loss of electrons can have a significant effect on the frontier molecular orbital distribution of both open- and closed-ring isomers, particularly in reactive sites. Corresponding structural changes show a trend toward isomerization. The reaction energy barrier shows greater reduction for dication than monocation and even becomes barrierless for dianion. During the isomerization in different states, the conjugated system switches distinctively, which is attributed to the special redistribution of molecular orbitals and spin population in each state. In monocation and monoanion, for the involvement of a single electron, isomerization is inclined to proceed sequentially between right and left thienyls, whereas it becomes synchronous in dication. The direction depends on the stabilization achieved by the formation of a global conjugated system and more average spin population on the molecule. The effect of substituents on thienyls is demonstrated in the promotion of the extent of conjugation and the determination of the spin population level on the reactive C atoms. Moreover, according to their electron-donating and withdrawing abilities, they can kinetically support or suppress the electron transfer pattern in the process from isomer to transition state, which leads to the control of reaction efficiency.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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