Electronic and structural properties of fluorene–thiophene copolymers as function of the composition ratio between the moieties: a theoretical study

文献情報

出版日 2018-06-26
DOI 10.1039/C8CP02622J
インパクトファクター 3.676
著者

L. Benatto, M. G. E. da Luz, M. Koehler


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要旨

Through theoretical analysis, we study relevant properties of some molecular structures formed by oligothiophenes (T) and dioctylfluorenes (F) units, commonly employed in the fabrication of different kinds of optical and electronic devices. For so, we first consider F–(T)n–F molecules with different numbers of thiophene rings (n). Among other characteristics, we calculate the dipole moment change between the ground and excited state (Δμge), a quantity that greatly influences the exciton dissociation and charge carrier mobility. We show that the planarity of the ground state geometry correlates Δμge to the exciton binding energy (Eb), with higher Δμge's corresponding to lower Eb's when n > 3. We also unveil a relevant dependence of Δμge with the odd–even parity of n and that Δμge assumes higher values when the molecule is composed by bithiophene (instead of simple thiophenes) moieties in the syn-conformation (with the two heteroatoms pointing in the same direction). From molecules results, we then address larger systems, formed by different oligomers of F–T copolymers containing blocks of dioctylfluorenes and bithiophenes (T2). We systematic investigate their electronic and structural properties as function of the composition ratio between the T2 and F moieties. Similar to the molecules, we deduce that the magnitude of Δμge is higher for the syn conformer of the T2 unit. Moreover, the highest values of Δμge are achieved when the number of the T2 increases relative to a fixed number of the F units in the mer. Such behaviors are in agreement and actually can qualitative explain measurements in the literature on the quantum efficiency of charge carrier generation in F–T copolymers. The present findings can be helpful in designing novel materials with improved photoelectric responses.

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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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