重组能是基于Marcus理论计算电子转移速率的关键的参数,具体可分为内重组能和外重组能。
其中内重组能主要衡量电子态改变后因几何结构变化导致的能量变化(例如:激发态回到基态的重组能),外重组能则对应将周围环境分子重新极化所需要的能量。以激发态和基态间的重组能为例,通过四点法计算重组能。
如图横坐标代表分子坐标,纵坐标代表能量,则激发态和基态的势能面如上图两条曲线所示。由重组能的定义,我们可以知道基态到激发态的激发过程结构弛豫的重组能Eλ2=E2-E3,而从激发态回到基态的发射过程的结构弛豫的重组能Eλ1=E4-E1。
通过频率计算,可以获得基态/激发态的正则坐标,而激发/发射之后分子的位移ΔQ可以分解为这些坐标的贡献。如下图。
重组能的应用:在有机太阳能电池(OSC)中,电荷是以“极化子”的形式在分子间跳跃的。具有较低内重组能的分子一般具有高迁移率(如并五苯、富勒烯)。并且分子结构越刚性(如大π共轭体系),电子的状态变化时,结构几何畸变越小,λ 越低,电荷传输就越快。在有机发光二极管中,激子的稳定性和非辐射跃迁速率同样受到λ影响。较高的内重组能意味着分子在激发态下容易发生振动弛豫,导致能量以热能形式耗散。设计合成低重组能的荧光/磷光分子有助于提高器件的量子效率。
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