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共价有机骨架材料(COFs)是一种具有有序的二维或三维结构和良好结晶性的新型多孔材料。该材料的优点是完全由通过共价键自组装而成的有机侨联配体构成，并且其构成原子全为轻原子。二维COFs材料由层状的π共轭体系通过Londondispersion相互作用堆积而成。这样有序堆积的π共轭体系具有光电应用的价值。值得注意的是，对于纳米尺度的大体系，其激发态的性质难以用传统的含时密度泛函(TD-DFT)方法来研究。在本论文中，采用有效的含时紧束缚-密度泛函(TD-DFTB)方法来研究COFs材料的电子和光学性质。主要的内容和发现总结如下:
(1)采用TD-DFTB方法研究了TP-COF材料的激发态性质，并与现有的实验结果比较。对于单层的分子片段，研究了其吸收谱和发射谱的性质，发现同时具有典型的特征和分子内电荷转移(ICT)特征。随后考虑了层间堆积的影响，发现相邻层间轻微错移的堆积结构比完全重合堆积的结构更为稳定。通过对两种结构的激发态电子和光学性质的计算，发现轻微错移的结构利于发光效率的提高，而完全重合堆积的结构利于载流子传输能力的提高。
(2)采用TD-DFTB方法研究了PPy-COF材料的激发态性质，并与实验数据比较。对于单层分子片段，其吸收和发射是典型的π-π*激发过程。考虑层间堆积的影响，与TP-COF材料一样，发现相邻层间轻微错移的堆积结构比完全重合堆积的结构更为稳定。轻微错移的结构利于发光效率的提高，而完全重合堆积的结构利于载流子传输能力的提高。
我们的工作有助于深刻理解COF材料的发光效率问题和载流子迁移问题，二者的平衡对基于COFs设计的光电材料至关重要