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Band Theory02:35

Band Theory

When two or more atoms come together to form a molecule, their atomic orbitals combine and molecular orbitals of distinct energies result. In a solid, there are a large number of atoms, and therefore a large number of atomic orbitals that may be combined into molecular orbitals. These groups of molecular orbitals are so closely placed together to form continuous regions of energies, known as the bands.
The energy difference between these bands is known as the band gap.
Conductor, Semiconductor,...
Energy Bands in Solids01:01

Energy Bands in Solids

Isolated atoms have discrete energy levels that are well described by the Bohr model. And, it quantifies the energy of an electron in a hydrogen atom as En. Higher quantum numbers 'n' yield less negative, closer electron energy levels.
 Band Formation:
When atoms are brought close together, as in a solid, these discrete energy levels begin to split due to the overlap of electron orbitals from adjacent atoms. This split occurs because of the Pauli exclusion principle, which states that no two...
Anionic Chain-Growth Polymerization: Mechanism01:04

Anionic Chain-Growth Polymerization: Mechanism

The mechanism for anionic chain-growth polymerization involves initiation, propagation, and termination steps. In the initiation step, a nucleophilic anion, such as butyl lithium, initiates the polymerization process by attacking the π bond of the vinylic monomer. As a result, a carbanion, stabilized by the electron‐withdrawing group, is generated. The resulting carbanion acts as a Michael donor in the propagation step and attacks the second vinylic monomer, which acts as a Michael acceptor.
Anionic Chain-Growth Polymerization: Overview01:20

Anionic Chain-Growth Polymerization: Overview

The polymerization process that involves carbanion as an intermediate is called anionic polymerization. It is also a type of addition or chain-growth polymerization. Anionic polymerization gets initiated by a strong nucleophile such as an organolithium or a Grignard reagent. The most commonly used initiator for anionic polymerization is butyl lithium. Monomers involved in anionic polymerization must possess a vinyl group bonded to one or two electron-withdrawing groups. For instance,...
Cationic Chain-Growth Polymerization: Mechanism00:57

Cationic Chain-Growth Polymerization: Mechanism

The cationic polymerization mechanism consists of three steps: initiation, propagation, and termination. In the initiation step of the polymerization process, the π bond of a monomer gets protonated by the Lewis acid catalyst, which is formed from boron trifluoride and water. The protonation of the π bond generates a carbocation stabilized by the electron‐donating group. In the propagation step, the π bond of the second monomer acts as a nucleophile and attacks the generated carbocation,...
Semiconductors01:22

Semiconductors

There is variation in the electrical conductivity of materials - metals, semiconductors, and insulators that are showcased with the help of the energy band diagrams.
Metals such as copper (Cu), zinc (Zn), or lead (Pb) have low resistivity and feature conduction bands that are either not fully occupied or overlap with the valence band, making a bandgap non-existent. This allows electrons in the highest energy levels of the valence band to easily transition to the conduction band upon gaining...

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La ingeniería de la brecha de banda atomizada en polímeros donante-aceptante.

Gregory L Gibson1, Theresa M McCormick, Dwight S Seferos

  • 1Lash Miller Chemical Laboratories, Department of Chemistry, University of Toronto, 80 St. George Street, Toronto, Ontario M5S 3H6, Canada.

Journal of the American Chemical Society
|December 2, 2011
PubMed
Resumen
Este resumen es generado por máquina.

Hemos sintetizado copolímeros de donante-aceptor, variando de los átomos de azufre al selenio y al telurio. Esta sustitución de un solo átomo permite ajustar las brechas de banda óptica, ofreciendo un nuevo control sobre las propiedades del polímero más allá de la teoría tradicional.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
  • Electrónica orgánica y electrónica orgánica.
  • Química de Polímeros La Química de Polímeros es la química de los polímeros.

Sus antecedentes:

  • Los copolímeros donante-aceptante (DA) son cruciales en la electrónica orgánica.
  • El ajuste de las propiedades electrónicas de los copolímeros D-A es esencial para el rendimiento del dispositivo.
  • El impacto de la sustitución de átomos pesados en las propiedades del copolímero D-A requiere más investigación.

Objetivo del estudio:

  • Para sintetizar y caracterizar una serie de copolímeros D-A con sustitución sistemática de azufre (S), selenio (Se) y telurio (Te).
  • Investigar el efecto de la sustitución de un solo átomo (S, Se, Te) en las propiedades ópticas y electrónicas de los copolímeros D-A.
  • Comprender los mecanismos subyacentes que rigen estos cambios de propiedades utilizando métodos computacionales y espectroscópicos.

Principales métodos:

  • Síntesis de copolímeros D-A que contienen S, Se y Te.
  • Espectroscopia óptica (absorción UV-Vis) para determinar las transiciones ópticas y las brechas de banda.
  • Estudios de solvatocromismo para investigar los efectos ambientales en las propiedades ópticas.
  • Teoría Funcional de Densidad (DFT) y DFT dependiente del tiempo (TD-DFT) cálculos para el análisis teórico.

Principales resultados:

  • Síntesis exitosa de copolímeros D-A que contienen S, Se y Te, con los polímeros Te que requieren sustitución después de la polimerización.
  • Observación de un perfil de absorción óptica de doble banda en todos los polímeros.
  • Significativo desplazamiento al rojo en la transición óptica de baja energía y una disminución en su intensidad con el aumento del número atómico (S a Se a Te).
  • Las brechas de banda disminuyeron de 1,59 eV (S) a 1,46 eV (Se) a 1,06 eV (Te).
  • La banda de alta energía se mantuvo relativamente constante en energía e intensidad.
  • Las tendencias observadas se desvían de la teoría D-A estándar, lo que sugiere que factores adicionales influyen en las propiedades ópticas.

Conclusiones:

  • La sustitución de un solo átomo (S, Se, Te) en copolímeros D-A proporciona una nueva estrategia para la ingeniería de la brecha de banda.
  • El desplazamiento al rojo en la absorción de baja energía se atribuye a la disminución del potencial de ionización, el aumento de la longitud del enlace y la reducción de la aromaticidad del aceptor.
  • La disminución de la intensidad de la banda de baja energía está relacionada con la reducción de la electronegatividad y la capacidad de separación de carga de la unidad de aceptor.
  • La teoría D-A establecida necesita ser aumentada con consideraciones de los efectos de sustitución de un solo átomo para el control integral de la propiedad.