A comparative analysis of symmetric diketopyrrolopyrrole‐cored small conjugated molecules with aromatic flanks: From geometry to charge transport

Abstract

Diketopyrrolopyrrole (DPP) derivatives are promising compounds for application in organic electronics. Here, we investigate several symmetrical N‐unsubstituted and N‐methyl substituted DPPs which differ in the heteroatom in the aromatic flanks. The conformational, electronic, and optical properties are characterized for single molecules in vacuum or a solvent. The intermolecular interactions are evaluated for interacting dimers. Here, a number of stacking geometries is tested, and dimers with mutual orientation of the molecules corresponding to the minimal binding energies are determined. The predicted charge carrier mobilities for stacks having minimal binding energies corroborate experimentally measured values. We conclude that DFT prediction of such stacks is a promising and computationally inexpensive approach to a rough estimation of transport properties. Additionally, the super‐cell of the experimentally resolved crystal structure is used to study the dynamics and to compute the charge transport along the hopping pathways. We discuss obtained high mobilities and relate them to the symmetry of DPP core. © 2018 Wiley Periodicals, Inc.

Adlayers of Acceptor Blocks Based on Diketopyrrolo-Pyrrole on Graphite: Self-Assembly and Structure Revealed in All-Atom Modelling

“…Напомним, что их популяция в капле была 100% при создании систем. В предыдущих расчетах нами было показано, что наиболее энергетически выгодным является состояние trans-trans, и если условно принять его за ноль, то поворот одного кольца и, соответственно, переход в cis-trans обходится в 19.34кДж/моль [25], а в cis-cis это значение удваивается. По этой причине количество молекул, изменивших свою конформацию на наиболее выгодную, растет в ряду: trans-trans→cis-trans→cis-cis.…”

“…3 . Диаграммы, показывающие процентное соотношение конформеров в монослое после их адсорбции на графите Конформационные переходы оказываются возможными благодаря тому, что, во-первых, энергетический барьер вращения невысок и составляет 50 кДж/моль [25], а во-вторых, в классическом валентно-силовом поле PCFF используется приблизительный потенциал торсионного вращения фланга относительно DPP, хотя и полученный на основе квантово-механических расчетов. Наибольший процент "новых" конформаций приходится на cis-trans состояние: 23% и 16% для cis-cis и trans-trans систем, соответственно.…”

“…Видно, что разброс значений существенный и составляет от -30 до 30 о . Интересно, что торсионные углы между флангами и DPP центром близки 0 или 180 о для молекул в невозмущенной конформации в вакууме [25]. Здесь же получается, что даже графит своей поверхностью не способствует более плоской геометрии молекул, что отличает рассматриваемые системы от поведения других сопряженных олигомеров на графите [28,29,31].…”

“…Причем наибольшее по модулю значение относится к паре cis-trans конформеров. Это связано и с тем, что только этот конформер среди рассмотренных характеризуется ненулевым дипольным моментом (0.78 D [25]), в то время как два других состояния неполярны. Значение энергии связывания для cis-cis конформера прекрасно согласуется с энтальпией связывания аналогичных молекул в статье Perepichka и др.…”

“…Настоящее исследование является продолжением серии работ [24][25][26], направленных на выявление новых свойств систем при замене гетероатома фланга DPP. Последние представляют собой Nнезамещенные дифуран-DPP (Pис.…”