MOMAP-新型OLED材料设计软件介绍

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MOMAP(Molecular Materials Property Prediction Package)是一款研究和设计有机分子材料发光和传输机理以及定量预测发光效率的软件。目前广泛应用于OLED发光和传输机理研究、新型OLED设计以及有机显示与照明材料、有机场效应材料、有机太阳能电池、以及有机光检测、生物传感、有机光通讯等领域。

MOMAP部分应用领域

与无机发光材料相比，有机发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、具备特有的柔性、制作工艺简单、来源丰富、易加工、可大面积制作等优势在有机光电器件方面得到了广泛应用和快速发展。由于典型的有机发光体系的激发态衰减时间尺度从纳秒级别直到微秒和毫秒，因此基于微扰理论的费米黄金规则成为处理复杂体系激发态衰减过程的最有效的理论方法之一。

|  研发及技术支撑团队

|  MOMAP相关产品

|  理论贡献和软件特点

• 在多维耦合谐振子模型下，采用热振动关联函数方法发展了一系列单线态之间及单线态与三线态之间的辐射和无辐射跃迁速率的解析公式；
  

• 充分考虑了激发态与基态势能面之间的平移、扭曲、Duschinsky转动、Herzberg-Teller效应等，具有较大的普适性；

• 计算分子体系大：≥50个原子；

• 成功应用于有机光电性能的机理研究、为实验合成提供了分子模板、为新型OLED材料的发展做出了贡献：

• 合理解释了聚集诱导发光现象、成功设计和合成了不含有自由转动的芳香环的奇异AIE分子； 

• 理论设计预测了高效的光伏聚合物和蓝光有机金属磷光配合物；

• 理论设计预测了高效的红外/近红外聚合物；

• 在国际上首次实现了复杂有机分子和有机金属配合物的发光效率（荧光效率和磷光效率）的定量预测。

|  主要研究方向

• 有机光电材料分子设计

• 预测新型OLED分子

• 定量预测发光效率

• 验证发光机理

• 有机材料的电荷迁移率

• 有机材料的热电优值

|  主要计算功能

• 吸收光谱

• 荧光和磷光发射光谱

• 激发态的辐射和无辐射速率

• 电子和空穴的迁移率

• 热电和热导

|  MOMAP软件功能结构

|  主要应用领域

分子材料性质预测

MOlecular MAterials Property Prediction Package(MOMAP) 1.0是分子材料性质预测的软件工具包。它侧重于发光性质和电荷迁移性质。本文简要介绍了软件的主要特点，理论模型和算法，并结合具体算例详细描述了其功能特色。

参考文献： Molecular MAterials Property Prediction Package (MOMAP) 1.0: A Software Package for Predicting the Luminescent Properties and Mobility of Organic Functional Materials. Molecular Physics, 2018

 定量预测分子荧光量子产率

（1）在简谐近似下考虑Duschinsky转动效应，根据第一原理与MOMAP给出的内转换的关联函数可以对分子荧光性质进行定量计算，计算的辐射和无辐射速率与实验测量结果都非常吻合。

参考文献： Towards quantitative prediction of molecular luminescence quantum efficiency: role of Duschinsky rotation, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129(30), 9333-9339 

（2）通过引入杂原子桥来恢复较长的rylenes荧光的分子设计规则。理论上设计了几种杂原子环化的聚苯乙烯，预计它们在红色和近红外范围内具有强烈的发射峰，并进一步通过计算理论发射光谱以及辐射和非辐射速率得到证实。

 参考文献：Theoretical predictions of red and near-infrared strongly emitting X-annulated rylenes, J. Chem. Phys. 2011, 134, 074510~1-10.

定量预测分子磷光量子产率

（1）MOMAP包含计算Ir（III）配合物的光致发光寿命和效率的通用方法，并考虑所有可能的竞争激发态失活过程，可以有效阐明其温度依赖效应。这种方法基于量子化学计算、激发态衰变速率方程以及动力学建模相结合，被证明是一种有效可靠的方法，适用于众多的Ir（III）配合物。

参考文献：General Approach To Compute Phosphorescent OLED Efficiency J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 6340–6347

（2）与经过深入研究的化合物相比，新设计的化合物在高效率和大能隙之间实现了良好的平衡，并且作为深蓝色荧光粉前景可期。这些发现有助于合理设计高效蓝色有机金属磷光体，特别是在配体方面。

参考文献：Understanding the efficiency drooping of the deep blue organometallic phosphors: a computational study of radiative and non-radiative decay rates for triplets. J. Mater. Chem. C, 2016, 4,6829-6838

从分子水平上解释OLED激发态电子结构和衰变过程

为了理解低激发态结构的性质，我们开发了用于计算激发态结构的密度矩阵重整化群（DMRG）理论及其对称化方案，给出了统一的关联函数方程用于计算激发态辐射和非辐射衰减速率。文献中强调了低频模式混合（Duschinsky旋转）对非辐射衰减的影响。

参考文献：Excited states structure and processes: Understanding organic light-emitting diodes at the molecular level. Physics Reports 2014, 537(4): 123-156

高效率的OLED材料开发和计算方法

提出一种振动关联函数来评估激发态衰减速率，不仅合理估计了量子效率，而且还给出了聚集诱导发射（AIE）的定量计算。

参考文献：Organic Light-emitting Diodes: Theoretical Understanding of Highly Efficient Materials and Develop-ment of Computational Methodology. Natl. Sci. Rev., 2017, 4, 224

AIE理论验证

通过计算研究，提出了直接验证AIE过程的方法，即利用共振拉曼光谱（RRS）来探索AIE的微观机制。

参考文献：Spectroscopic Signature of the Aggregation-Induced Emission Phenomena Caused by Restricted Nonradiative Decay: A Theoretical Proposal. J. Phys. Chem. C, 2015, 119(9), 5040-5047

内转换速率

通过分析热振动关联函数来计算非辐射衰减速率常数（knr），考虑基于算符分裂近似的激子耦合效应（ECE）。第一性原理计算表明ECE对于H和J聚集体都使knr增加。另外，研究发现ECE对于AIEgens （聚集诱导的放射性发光素）是次要的。

参考文献：Excitonic Coupling Effect on the Nonradiative Decay Rate in Molecular Aggregates: Formalism and Application. Chem. Phys. Lett. 2017, 683, 507-514

有机/碳材料光电性质评估

描述了相关密度泛函理论（DFT）方法的最新进展，通过计算电子-振动耦合来检验光发射效率，载流子迁移率和热电优值。

参考文献：Computational Evaluation of Optoelectronic Properties for Organic/Carbon Materials. Accounts of Chemical research, 2014, 47(11), 3301-3309

多尺度模拟有机半导体的电荷传输

采用量子化学，蒙特卡洛和分子动力学模拟相结合的多尺度方法的开发和应用，以评估有机半导体的电荷迁移率。

参考文献：From charge transport parameters to charge mobility in organic semiconductors through multiscale simulation. Chemical Society Reviews 2014,43,2662-2679

|  主要文献列表

1. Xu Zhang, Denis Jacquemin, Qian Peng*, ZhigangShuai*, and Daniel Escudero*, General Approach To Compute Phosphorescent OLED Efficiency J. Phys. Chem. C, 2018, 122, 6340–63471.

2. YingliNiu, Wenqiang Li, Qian Peng*, Hua Geng, Yuanping Yi, Linjun Wang, Guangjun Nan, Dong Wang and ZhigangShuai*, MOlecularMAterials Property Prediction Package (MOMAP) 1.0: a Software Package for Predicting the Luminescent Properties and Mobility of Organic Functional Materials Molecular Physics, 2018, ASAP

3. Qian Peng, Di Fan, RuihongDuan, Yuanping Yi*, YingliNiu, Dong Wang, and ZhigangShuai*, Theoretical Study of Conversion and Decay Processes of Excited Triplet and Singlet States in a Thermally Activated Delayed Fluorescence Molecule. J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 13448-13456.

4. Wenqiang Li, Lili Zhu, Qiang Shi, Jiajun Ren, Qian Peng*, ZhigangShuai*, Excitonic Coupling Effect on the Nonradiative Decay Rate in Molecular Aggregates: Formalism and Application. Chem. Phys. Lett. 2017, 683, 507-514.

5. Changli Cheng, Hua Geng*, Yuanping Yi and ZhigangShuai*. Super-exchange-induced High Performance Charge Transport in Donor–acceptor Copolymers.J. Mater. Chem. C, 5(13): 3247-3253.

6. Peng, Q.; Yi, Y.; Shuai, Z.*; Shao, J., Excited state radiationless decay process with Duschinsky rotation effect: Formalism and implementation. The Journal of chemical physics 2007, 126, 114302.

7. Peng, Q.; Yi, Y.; Shuai, Z.*; Shao, J., Toward quantitative prediction of molecular fluorescence quantum efficiency: Role of Duschinsky rotation. Journal of the American Chemical Society 2007, 129, (30), 9333-9339.

8. Niu, Y.; Peng, Q.; Deng, C.; Gao, X.; Shuai, Z.*, Theory of excited state decays and optical spectra: application to polyatomic molecules. The Journal of Physical Chemistry A 2010, 114, (30), 7817-7831.

9. Peng, Q.; Niu, Y.; Shi, Q.; Gao, X.; Shuai, Z*., Correlation Function Formalism for Triplet Excited State Decay: Combined Spin-orbit and Non-adiabatic Couplings. Journal of Chemical Theory and Computation 2013, 9(2), 1132-1143. 

10. Hua Geng, Qian Peng, Linjun Wang, Haijiao Li, Yi Liao, Zhiying Ma, ZhigangShuai*, Towards quantitative prediction of charge mobility in organic semicondcutors: tunneling enabled hopping model, Adv. Mater. 2012, 24(26), 3568-3572.

11. Hua Geng, Xiaoyan Zheng, ZhigangShuai*, Lingyun Zhu, Yuanping Yi*, Understanding the charge transport and polarities in organic donor-acceptor mixed-stack crystals: molecular insights from the super-exchange couplings. Advanced Materials 2015, 27(8), 1443

12. Yang, X.; Wang, L.; Wang, C.; Long, W.; Shuai, Z.*, Influences of crystal structures and molecular sizes on the charge mobility of organic semiconductors: Oligothiophenes. Chem. Mat. 2008, 20, 3205-3211.

13. Wang, L.; Nan, G.; Yang, X.; Peng, Q.; Li, Q.; Shuai, Z.*, Computational methods for design of organic materials with high charge mobility. Chemical Society Reviews 2010, 39, 423-434.

14. Shuai, Z.*; Wang, L.; Li, Q., Evaluation of Charge Mobility in Organic Materials: From Localized to Delocalized Descriptions at a First-Principles Level. Adv. Mater. 2011, 23, 1145-1153.

15. Shuai, Z.*; Wang, D.; Peng, Q.; Geng, H. Computational Evaluation of Optoelectronic Properties for Organic/Carbon Materials. AccChem Res 2014, 47, 3301-3309.

16. Shi, W.; Zhao, T. Q.; Xi, J. Y.; Wang, D.*; Shuai, Z.* Unravelling Doping Effects on PEDOT at the Molecular Level: from Geometry to Thermoelectric Transport Properties. J. Am. Chem Soc. 2015, 137, 12929.

|  软件优势及操作系统

计算效率高、可以定量预测有机分子的发光效率，是OLED科研工作者必备的工具之一；

具有友好的操作界面Device Studio，分子设计、模型搭建、数据库搜索、量化计算和发光效率计算分析都可在界面下轻松实现；

MOMAP软件支持的操作系统：Windows、Mac、Linux版本。

MOMAP软件目前已经在25个国家和地区下载使用，下载次数2500多次，已经被国际国内高校和企业的研究者广泛使用。

我们诚挚的欢迎有机光电材料分子设计、OLED发光和传输材料研究、新材料设计领域的企业、科研单位和个人来函来电、洽谈合作，积极使用MOMAP软件，加速新型OLED材料研发进程，主导OLED市场发展。

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