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http://hdl.handle.net/11422/29269
| Type: | Tese |
| Title: | Espectroscopia de absorção de agregados moleculares com potencial aplicação em optoeletrônica orgânica |
| Author(s)/Inventor(s): | Silva, Ricardo Montserrat Almeida |
| Advisor: | Rocha, Alexandre Braga da |
| Abstract: | Compreender propriedades ópticas e eletrônicas de semicondutores orgânicos é fundamental para o melhoramento de seus desempenhos em dispositivos optoeletrônicos, além de permitir o desenho de novos materiais. O presente trabalho investigou o efeito da agregação molecular sobre o espectro de absorção em sistemas orgânicos aromáticos, incluindo compostos com aplicações em optoeletrônica orgânica (benzeno, naftaleno, perileno e perileno diimida [PDI]). Espectros de agregados moleculares e do cristal de benzeno foram estudados em nível TDDFT. Utilizaram-se dois métodos: um procedimento de continuação analítica com funções quadraticamente integráveis (L2) e a abordagem de Liouville-Lanczos com base de ondas planas. Para os cristais de naftaleno, perileno e PDI, cálculos GW–BSE também foram realizados. O método de Liouville-Lanczos descreveu as formas dos espectros de maneira superior abaixo do primeiro potencial de fotoionização do benzeno. Por outro lado, a continuação analítica se mostrou mais adequada para a região acima do limite de fotoionização. O dímero paralelo deslocado (PD) apresentou a intensa transição permitida 1A1g → 1E1u próximo a 7 eV em energias ligeiramente menores do que o dímero T distorcido (TT). O espectro de absorção do sólido mostrou um deslocamento típico para o vermelho, acompanhado de uma leve alargamento das bandas. O estudo do efeito do acoplamento vibrônico sobre os espectros do benzeno mostrou que a agregação molecular e as pequenas distorções em relação à geometria de equilíbrio da molécula em fase gás já são capazes de promover as transições proibidas 1A1g → 1B2u e 1A1g → 1B1u. Entretanto, distorções das geometrias ao longo dos modos normais de vibração indutores das transições proibidas são capazes de aumentar as intensidades das bandas. Em especial, o acoplamento vibrônico impacta mais a transição 1A1g → 1B1u nos dímeros do que a formação dos clusters. Espectros de absorção para o naftaleno, o perileno e o PDI mostram gaps progressivamente menores. Os cálculos para os monômeros e dímeros destes sistemas em nível PBE/PW apresentaram boa concordância com os experimentos, mas subestimaram o gap para os cristais. Este problema foi superado em nível GW–BSE. Este estudo permitiu lançar luz sobre propriedades ópticas, eletrônicas e vibracionais de relevantes agregados orgânicos. |
| Abstract: | Understanding the optical and electronic properties of organic semiconductors is of fundamental importance to improve the performance of optoelectronic devices, facilitating the design of new materials. The present work investigated the effects of molecular aggregation upon the absorption spectrum in aromatic organic systems, including compounds with applications in organic optoelectronics (benzene, naphthalene, perylene, and perylene diimide [PDI]). Spectra of benzene molecular aggregates and crystal were studied at the TDDFT level. Two methods were employed: an analytic continuation procedure with square-integrable functions (L2), and the Liouville-Lanczos approach with plane wave basis functions. For the naphthalene, perylene, and PDI crystals, GW–BSE calculations were also performed. The Liouville-Lanczos approach adequately described the shapes of the spectra below the first ionization potential. On the other hand, the analytic continuation properly reproduced the region above the ionization threshold. The parallel displaced (PD) dimer presented the intense allowed transition 1A1g → 1E1u close to 7 eV in an energy slightly below that obtained for the tilted-T (TT) dimer. The absorption spectrum of the solid showed a typical redshift along with a small increase in the bandwidth. The vibronic coupling effects on the benzene spectra indicated that the aggregation, together with small distortions compared to the equilibrium geometry in the gas phase, is already capable of promoting the forbidden transitions 1A1g → 1B2u and 1A1g → 1B1u. However, geometry distortions along the inducing modes of the selected forbidden transitions are able to augment even more band intensities. Specifically, the vibronic coupling is more relevant for the transition 1A1g → 1B1u than the interactions inside the clusters. Absorption spectra of naphthalene, perylene, and PDI show progressively smaller gaps. The calculations for monomers and dimers of these systems at the PBE/PW level agree well with the experiments, but the crystal band gaps were underestimated. This issue was overcome at the GW–BSE level. This study shed light on the optical, electronic, and vibrational properties of relevant aromatic aggregates. |
| Keywords: | Sistemas conjugados Acoplamento vibrônico Optoeletrônica orgânica Espectroscopia de absorção molecular Conjugated systems Vibronic coupling Organic optoelectronic Molecular Absorption Spectroscopy |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ESPECTROSCOPIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 27-Apr-2026 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | SILVA, Ricardo Montserrat Almeida. Espectroscopia de absorção de agregados moleculares com potencial aplicação em optoeletrônica orgânica. 2026. 124 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2026. |
| Appears in Collections: | Química |
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