Polarization of organic aromatic molecule in anionic and cationic state

Abstract

The modification of electron states and the change in the geometry of the structure of molecule during hopping transport of charge carriers depends on the symmetry of the molecule. During electric transport the molecule reversibly transforms from neutral state to cation when hole conductivity occurs or to anion when electron conductivity occurs. The energies of orbitals HOMO and HOMO1 of anthrone and anthrachinone are always negative, what allows for holes transport. Positive energies of LUMO and LUMO+1 orbitals of anion of anthrone and anthraquinone in structure of anion or neutral molecule make electron transport difficult.

Wyniki obliczeń jednoznacznie wskazują na dużą stabilność kationów antrachinonu i antronu. Realizacja przewodnictwa dziur jest w tej sytuacji możliwa dla obu materiałów. Wysoka dodatnia wartość poziomów LUMO i LUMO+1 dla antrachinonu powyżej 1,8 eV nie pozwala na uzyskanie stabilnego przewodzenia elektronów w fazie stałej antrachinonu. Jednak ujemna wartość poziomu HOMO dla anionu pozwala na przejście cząsteczki w fazie stałej do podstawowego poziomu anionu w stanie jonizacji +1. Pozwala to na wykorzystanie antrachinonu w postaci fazy stałej dla potrzeb technologii wykorzystującej środowisko elektrochemiczne. Wysoka wartość dodatnia poziomów HOMO oraz LUMO i LUMO +1 dla anionu antronu utrudnia uzyskanie efektywnego przewodzenia elektronów dla zastosowań w technologii elektroniki organicznej. Jednak dzięki posiadaniu podstawnika, własności anionu antronu są korzystniejsze dla zastosowań niż własności anionu niepodstawionego antracenu. Pomimo podobieństwa cząsteczek i struktur, w jakich krystalizują, występuje znacząca różnica w wartości przerwy energetycznej Eg pomiędzy antronem i antrachinonem. Uzyskane wyniki wskazują na inne obszary możliwych zastosowań antrachinonu i antronu w elektronice organicznej.Wysoka wartość energii przerwy zabronionej może być korzystna dla zastosowań obu materiałów do wytwarzania warstw aktywnych w komórkach słonecznych, gdzie wymagana jest wysoka rezystywność ze względu na konieczność rozdziału generowanych ładunków.