关于含有四硫富瓦烯和纳米石墨烯的供体/受体复合体激发态性质的计算研究

基于时间相关密度泛函理论，研究纳米石墨烯（NGs）与四硫富瓦烯（TTF）复合物的电荷转移（CT）行为，发现HBC及其氯代衍生物作为可调非富勒烯受体，能实现高效电荷转移。光激发后，NGs上的电子转移至TTF的空穴，形成多态CT过程。通过马库斯理论计算发现，Anilino取代的HBC-Cl修饰体系电子耦合增强，CT速率比原始体系提高一个数量级，而para-胺取代则因电子耦合减弱导致CT速率下降。研究揭示了纳米石墨烯功能化对电荷转移行为调控机制，为有机太阳能电池材料设计提供新思路。

　　

摘要

利用时依赖密度泛函理论（TDDFT）研究了纳米石墨烯（NGs）及其由四硫富瓦烯（TTF）组成的供体/受体（D/A）复合材料的激发态性质。例如$$-六苯并冠烯（HBC）及其氯化衍生物等NGs，可作为可调的非富勒烯受体，在TTF连接时实现高效的电荷转移（CT）。电荷密度分析显示存在多种CT状态，其中空穴局域在TTF上，电子局域在NGs上。对光学性质明亮的局域受体态$$的光激发引发了从NGs到TTF的空穴转移，从而驱动了CT过程。Marcus理论预测，在TTF/HBC-Cl体系中，明亮的$$态与TTF中的相邻CT态之间的CT速率比在TTF/HBC体系中快得多。在HBC-Cl上进行苯胺取代可以调节TTF/HBC-Cl-A1的电子结构，通过强电子耦合和最佳的$$–CT能量对齐来提高CT速率。相反，在TTF/HBC-Cl-A2中，对苯胺单元进行对位胺取代会降低电子耦合，导致CT速率相对于TTF/HBC-Cl-A1降低了1-2个数量级。这些发现表明，NG的官能化能够有效调节CT行为，为先进光电材料的设计提供了指导。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。