Các dẫn xuất đibenzosilole đã đƣợc nhóm chúng tôi nghiên cứu và báo cáo vào năm 2013. Các dẫn xuất này đƣợc tối ƣu hóa cấu trúc, tính năng lƣợng điểm không theo phƣơng pháp tính B3LYP/6-31+G(d,p) và tính năng lƣợng điểm đơn, năng lƣợng HOMO, LUMO theo phƣơng pháp tính B3LYP/6-311++G(d,p). Kết quả
tính toán cho thấy các dẫn xuất dạng đisilolebenzen (dẫn xuất silole4 và dẫn xuất silole5) có tính bán dẫn tốt hơn so với dẫn xuất dạng đibenzosilole.
Bảng 3.36. Các giá trị năng lượng của dẫn xuất Sna, Snb
Kí hiệu Công thức
phân tử Mô hình cấu trúc phân tử
E0 + ZPE (kcal/mol) EH-L (eV) Sna C 12H10Si -472286,61 4,780 Snb C 14H14Si -521609,38 4,777
Tất cả các hợp chất trên mà chúng tôi nghiên cứu với hy vọng sẽ tiếp tục đƣợc nghiên cứu và tổng hợp trong thực nghiệm.
Biến thiên năng lƣợng HOMO-LUMO của tất cả các dẫn xuất silole mà chúng tôi nghiên cứu ở trên rơi vào khoảng 2.5 – 4.3 (eV). Tham khảo một số vật liệu bán dẫn, phát quang phổ biến đã đƣợc sử dụng trong hóa học vô cơ nhƣ ZnO, ZnS, SiC, CdS… và trong hóa hữu cơ nhƣ thiophen, đithiophen, Al3q, TPBI, BCP, 2PSP, PyPySPyPy, PPSPP… Biến thiên năng lƣợng HOMO-LUMO của chúng nằm trong khoảng 2,30 – 5,23 (eV). Nhƣ vậy với kết quả biến thiên năng lƣợng HOMO- LUMO của các dẫn xuất silole mà chúng tôi nghiên cứu cũng nằm trong khoảng 2,30 – 5,23 (eV). Do đó, kết quả nghiên cứu thu đƣợc là rất thú vị và đầy hứa hẹn.
KẾT LUẬN
Trong quá trình làm luận văn, tôi đã đƣợc học tập và tìm hiểu thêm nhiều kiến thức về cơ sở lý thuyết hóa học lƣợng tử, đồng thời cũng đƣợc củng cố thêm về các kĩ năng sử dụng một số phần mềm hóa học nhƣ Gaussian, Gaussview, ChemCraft, ChemOffice… Ngoài ra, chúng tôi còn rút ra một số kết luận sau:
1.Đã chọn đƣợc phƣơng pháp và bộ hàm cơ sở thích hợp để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các hợp chất silole.
2.Đã tối ƣu hóa cấu trúc, tính tần số dao động, năng lƣợng điểm không của hơn 170 hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole khác nhau bằng phƣơng pháp B3LYP/6-31+G(d,p). Đã tính năng lƣợng điểm đơn, biến thiên năng lƣợng HOMO- LUMO và phổ UV-Vis của một số hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole với benzene và thiophen bằng phƣơng pháp B3LYP/6-311++G(d,p).
3.Kết quả tính toán của chúng tôi đƣợc so sánh với thực nghiệm và cho sự phù hợp tốt. Cụ thể khi tối ƣu hóa cấu trúc vòng silole, các kết quả về độ dài liên kết thu đƣợc có sai số lớn nhất so với thực nghiệm là 1,588%.
4.Trong luận văn này, chúng tôi đã lựa chọn một số nhóm thế hút electron nhƣ F, Cl, Br, CHO, NO2 và nhóm thế đẩy electron nhƣ CH3, C2H5 đƣợc đính ở nguyên tử Si và đính trên nguyên tử S để khảo sát cấu trúc, tính bán dẫn và phát quang của chúng. Tuy nhiên, các hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole với nhóm thế hút electron có tính chất bán dẫn và phát quang tốt hơn so với nhóm thế đẩy electron, đặc biệt là với nhóm thế Br đƣợc đính trên nguyên tử S và Si của các hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole cho tính bán dẫn và phát quang là tốt nhất.
5.Trong số các hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole với benzen và thiophen mà chúng tôi nghiên cứu thì hệ đibenzensilole (dạng dẫn xuất silole5) tính bán dẫn và phát quang là tốt hơn cả.
6.Với kết quả tính biến thiên năng lƣợng HOMO-LUMO cho một số hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole dao động trong khoảng từ 2,5 đến 4,3 eV thì có thể khẳng định các hệ vòng ngƣng tụ chứa dị vòng silole là vật liệu bán dẫn, phát quang đầy tiềm năng.
Chúng tôi hi vọng kết quả tính toán thu đƣợc cho hệ nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nhà khoa học làm thực nghiệm cũng nhƣ các nghiên cứu lý thuyết sâu rộng hơn.
Hƣớng phát triển của đề tài:
Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các hợp chất silole và dẫn xuất khác nhau của chúng dƣới dạng oligome, copolyme và polyme.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. H. Eyring, J. Walter, G.E. Kimball (1976), Hóa học lượng tử (bản dịch tiếng Việt), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
2. Nguyễn Đình Huề, Nguyễn Đức Chuy (1986), Thuyết lượng tử về phân tử và nguyên tử, Tập 1,2 Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản Giáo dục.
4. Trần Diệu Hằng (2012), Nghiên cứu lý thuyết cấu trúc, một số tính chất của các clusters kim loại và lưỡng kim loại của Rhodi, Luận văn thạc sĩ khoa học hoá học, Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
5. Trần Quốc Sơn, Đặng Văn Liếu (2007), Cơ sở hóa học hữu cơ, Tập 1, Nhà xuất bản Đại học Sƣ phạm.
6. Nguyễn Thị Kim Thu (2013), Nghiên cứu lý thuyết cấu trúc và tính chất của một số dẫn xuất silole, Luận văn thạc sĩ khoa học hoá học, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
7. Nguyễn Văn Tráng (2013), Nghiên cứu lý thuyết cấu trúc và tính chất của một số siloles, Khoá luận tốt nghiệp,Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
TIẾNG ANH
8. A. Szabo, A.D.N. Ostlund (1989), Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Structure Theory, Dover Publications, Inc, Mineola, New York. 9. Arnold C. Alguno, Wilfredo C. Chung, Rolando V. Bantaculo, Reynaldo M.
Vequizo, Hitoshi Miyata, Edgar W. Ignacio and Angelina M. Bacala (2000),
Ab initio and density functional studies of polythiophene energy band gap, NECTEC Technical Journal, 9, 215-218.
10. C. Risko, E. Zojer, P. Brocorens, S. R. Marder, J. L. Brédas (2005), Bis-aryl substituted dioxaborines as electron-transport materials: a comparative density functional theory investigation with oxadiazoles and siloles, Chemical Physics, 313, 151-157.
11. Chattaraj P.K (2009), Chemical Reactivity Theory: A Density Functional View, Taylor & Francis Group, USA.
12. Frank Jensen (2007), Introduction to Computational Chemistry (Second Edition), John Wiley & Sons, Ldt, England.
13. Gang Lu, Hakan Usta, Chad Risko, Lian Wang, Antonio Facchetti, Mark A. Ratner and Tobin J. Marks (2008), Systhesis, Charaterization, and Transistor Response of Semiconducting Silole Polymers with Substantial Hole Mobility and Air Stability. Experiment and Theory, American Chemical Society, 130, 7670-7685.
14. Gui-Xia Yang, Hai-Lin Fan, Xiaodi Niu, Pei-Pei Yang, Chen shao, Zong-Hao Huang (2010), Theoretical study on electronic properties of trans-oligomers of thiophenes, siloles and alternate thiophene and siloles, Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 949, 1-7.
15. Haiyin Li, Zhengguo Chi, Bingjia Xu, Xiqi Zhang, Zhiyong Yang, Xiaofang Li, Siwei Liu, Yi Zhang and Jiarui Xu (2010), New aggregation-induced emission enhancement materials combined triarylamine and dicarbazolyl triphenylethylene moieties, Journal of Materials Chemistry, 20, 6103-6110. 16. Huyen Thi Nguyen, Thuc Quyen Nguyen, Minh Tho Nguyen (2012), Theoretical
study of conjugated polyelectrolyte electron injection layers: Effects of counterions, charged groups and charge reversal, Chemical Physics Letters, 530, 39-44.
17. H. Y. Chen, W. Y. Lam and J. D. Luo, Y. L. Ho, B. Z. Tang, D. B. Zhu, M. Wong and H. S. Kwok (2002), Highly efficient organic light-emitting diodes with a silole-based compound, American Institute of Physics, 4, 574-576. 18. J. B. Foresman, E. Frish (1990), Exploring Chemistry with Electronic
Structure Methods (Second Edition), Gaussian, Inc, Pittsburgh, PA.
19. Jun-Hua Wan, Lin-Yan Mao, Yi-Bao Li, Zhi-Fang Li, Hua-Yu Qiu, Chen Wang and Guo-Qiao Lai (2010), Self-assembly of novel fluorescent silole derivatives into different supramolecular aggregates: fibre, liquid crystal and monolayer, Soft Matter, 6, 3195-3201.
20. Laurent Aubouy, Nolwenn Huby, Lionel Hirsch, Arie van der Lee and Philippe Gerbier (2009), Molecular engineering to improve the charge carrier balance in single-layer silole-based OLEDs, New Journal of Chemistry, 33, 1290-1300.
21. Run-Feng Chen, Chao Zheng, Qu-Li Fan, Wei Huang (2007), Structural, Electronic, and Optical Properties of 9-Heterofluorenes: A Quantum Chemical Study, Journal of Computational Chemistry, 13, 2091-2101.
22. Sangwon Ko, Hyunbong Choi, Moon-Sung Kang, Hyonseok Hwang, Heesun Ji, Jinho Kim, Jaejung Ko and Youngjin Kang (2010), Silole-spaced triarylamine derivatives as highly efficient organic sensitizers in dye-sensitized solar cells (DSSCs), Journal of Materials Chemistry, 20, 2391-2399.
23. V.A. Bagryansky, V.I. Borovkov, Yu.N. Molin, M.P. Egorov, O.M. Nefedov (1998), Quantum beats in the recombination fluorescence of radical ion pairs caused by the hyperfine coupling in radical anions, Chemical Physics Letter, 295, 230-236.
24. Weifu Shu, Changwei Guan, Wenhao Guo, Chengyun Wang and Yongjia Shen (2012), Conjugated poly(aryleneethynylenesiloles) and their application in detecting explosives, Journal of Materials Chemistry, 22, 3075-3081.
25. Wolfram Koch, Max C. Holthausen (2001), A Chemist’s Guide to Density Functional Theory (Second Edition), Willey-VCH, Germany.
26. Xiaoming He and Thomas Baumgartner (2013), Conjugated main-group polymers for optoelectronics, Advance Article.
27. Xiaowei Zhan, Andreas Haldi, Chad Risko, Calvin K. Chan, Wei Zhao, Tatiana V. Timofeeva, Aleksander Korlyukov, Mikhail Yu. Antipin, Sarah Montgomery, Evans Thompson, Zesheng An, Benoit Domercq, Stephen Barlow, Antoine Kahn, Bernard Kippelen, Jean-Luc Brédas and Seth R. Marder (2008), Fluorenyl-substituted silole molecules: geometric, electronic, optical, and device properties, Journal of Materials Chemistry, 18, 3157-3166. 28. Xiaowei Zhan, Stephen Barlow and Seth R. Marder (2009), Substituent effects
on the electronic structure of siloles, This journal is The Royal Society of Chemistry, 2009, 1948-1955.