关于通过非共价构象锁控方法设计Y6非融合环衍生物的理论研究

《New Journal of Chemistry》：Theoretical study on the design of Y6 non-fused ring derivatives via non-covalent conformational locks

有机光伏材料中，非共轭非富勒烯受主因合成简便和成本低受关注，但其分子非平面性制约应用。本文通过非共价相互作用构型锁定策略，在星形共轭受体Y6的D单元引入八种NoCL修饰，构建新型非共轭NFAs。DFT计算表明，Y6-1和Y6-4因强NoCL作用（E(2)=-2.27,-1.07 kcal/mol）和分子描述符S=0.235,0.253，显著降低电子重组能（0.138,0.130 eV），优化能级对齐（Fermi接近导带），近红外吸收扩展至962 nm，带隙优化至1.52-2.40 eV。器件模拟显示PM6:Y6-1/4 blends的填充因子达0.90-0.91，开路电压1.29-1.34 V，突破传统非共轭NFAs性能瓶颈。

　　

尽管非融合环非富勒烯受体（non-fused ring NFAs）由于其简化的合成路线和成本效益而成为有机光伏领域有前景的候选材料，但它们的实际应用仍受到分子非平面性的限制。在此，我们提出了一种通过非共价相互作用进行构象锁定的策略，以构建一种具有前所未有的平面性和结构刚性的新型非融合环NFA系统。基于星形融合环受体Y6的A1-D-A2-D-A1结构，我们通过在中心D单元 strategically 实施非共价相互作用锁定（NoCL）修饰，系统地设计了八种非融合环衍生物（Y6-1至Y6-8）。全面的密度泛函理论（DFT）计算通过二级自然键轨道能量E(2)和NoCLs的分子描述符S量化了NoCL的强度，同时评估了光电参数。所有衍生物在近红外区域（733.92–962.03 nm）显示出扩展的吸收范围通过增色效应，并具有优化的带隙（1.52–2.40 eV），有利于电荷解离。值得注意的是，Y6-1和Y6-4表现出优异的特性：（1）较低的电子重组能量（0.138 eV和0.130 eV）；（2）能量级与费米能级对齐，接近导带；（3）强分子内非共价相互作用显示出E(2)值（?2.27 kcal mol^?1和?1.07 kcal mol^?1），相应的S值为0.235和0.253。对PM6:Y6-1/4混合物的理论器件模拟显示，其填充因子（0.90和0.91）和开路电压（1.29 V和1.34 V）均高于传统的基于非融合环NFA的器件。这项工作为Y系列电子受体的NoCL理论设计提供了有益的补充，解决了非融合环NFAs长期存在的性能限制，并为成本效益高的有机光伏技术铺平了道路。