Słowa kluczowe
anthraquinone
anthrone
charge transport
Jak cytować
Abstrakt
Wyniki obliczeń jednoznacznie wskazują na dużą stabilność kationów antrachinonu i antronu. Realizacja przewodnictwa dziur jest w tej sytuacji możliwa dla obu materiałów. Wysoka dodatnia wartość poziomów LUMO i LUMO+1 dla antrachinonu powyżej 1,8 eV nie pozwala na uzyskanie stabilnego przewodzenia elektronów w fazie stałej antrachinonu. Jednak ujemna wartość poziomu HOMO dla anionu pozwala na przejście cząsteczki w fazie stałej do podstawowego poziomu anionu w stanie jonizacji +1. Pozwala to na wykorzystanie antrachinonu w postaci fazy stałej dla potrzeb technologii wykorzystującej środowisko elektrochemiczne. Wysoka wartość dodatnia poziomów HOMO oraz LUMO i LUMO +1 dla anionu antronu utrudnia uzyskanie efektywnego przewodzenia elektronów dla zastosowań w technologii elektroniki organicznej. Jednak dzięki posiadaniu podstawnika, własności anionu antronu są korzystniejsze dla zastosowań niż własności anionu niepodstawionego antracenu. Pomimo podobieństwa cząsteczek i struktur, w jakich krystalizują, występuje znacząca różnica w wartości przerwy energetycznej Eg pomiędzy antronem i antrachinonem. Uzyskane wyniki wskazują na inne obszary możliwych zastosowań antrachinonu i antronu w elektronice organicznej. Wysoka wartość energii przerwy zabronionej może być korzystna dla zastosowań obu materiałów do wytwarzania warstw aktywnych w komórkach słonecznych, gdzie wymagana jest wysoka rezystywność ze względu na konieczność rozdziału generowanych ładunków.
Bibliografia
Oberhofer H., Reuter K., Blumberger J. 2017. Charge transport in molecular materials: an assessment of computational methods. Chem. Rev. 117: 10319-10357. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00086
Kukhta A.V., Kukhta I.N., Kukhta N.A., Neyra O.L., Meza E. 2008. DFT study of the electronic structure of anthracene derivatives in their neutral, anion and cation forms. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41: 20, 205701. https://doi.org/10.1088/0953-4075/41/20/205701
Wen S.-H., Li A., Song J., Deng W.-Q., Han K.-L., Goddard III W.A. 2009. Firstprinciples investigation of anisotropic hole mobilities in organic semiconductors. J. Phys. Chem. B113: 8813-8819. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp900512s
Marcus R.A. 2000. Tutorial on rate constants and reorganization energies. J. Electroanal. Chem. 483: 1-2, 2-6. https://doi.org/10.1016/S0022-0728(00)00011-5
Datta A., Mohakud S., Pati S.K. 2007. Electron and hole mobilities in polymorphs of benzene and naphthalene: role of intermolecular interactions. J. Chem. Phys. 126: 144710-1-144710-6. https://doi.org/10.1063/1.2721530
Marcus R.J. 1993. Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment. Rev. mod. phys. 65: 3, 599-610. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.65.599
Ehrlich S., Moellmann J., Grimme S. 2012. Dispersion-corrected density functional theory for aromatic interactions in complex systems. Accounts Chem. Res. 46: 4, 916-926. https://www.pubs.acs.org/accounts 10.1021/ar3000844
Kania S. 2014. Hole drift mobility of anthrone and anthrachinone layers with different structures. Sci. Bull. Techn. Univ. Lodz, Physics, 35: 17-24. http://cybra.lodz.pl/dlibra/publication/15667/edition/12516/content
Kania S., Kuliński J., Sikorski D. 2018. The origin of the interaction responsible for the difference of hole mobility of two derivatives of anthracene. Sci. Bull. Techn. Univ. Lodz, Physics, 39: 27-35. https://doi.org/10.34658/physics.2018.39.27-35
Gaussian 09, Revision A.02. 2009. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J.A., Peralta Jr., J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas O., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J., Wallingford CT: Gaussian, Inc.
Skobel’tsyn D.V. 1966. Chapter III The oriented gas model and its application to molecular crystals polarization diagrams of luminescence. in: Physical optics. The Lebedev Physics Institute series. 25: 44-66. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-7206-6_3
Choi S.-I., Jortner J., Rice S.A., Silbey R. 1964. Charge transfer exciton states in aromatic molecular crystals. J. chem. phys. 41: 3294-3306. http://dx.doi.org/10.1063/1.1725728
Fu Y. 1998. Temperature dependence of the rigid-body motion of anthraquinone. Acta Cryst. B54, 308-315. https://doi.org/10.1107/S0108768197013414
Srivastava S.N. 1962. Crystal structure of anthrone. Z. Krist. 117: 5-6, 386-398. https://doi.org/10.1524/zkri.1962.117.5-6.386