DFT modeling of polyaniline: a computational investigation into the structure and band gap of polyaniline.

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From: Canadian Journal of Chemistry(Vol. 100, Issue 2)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 4,391 words
Lexile Measure: 1670L

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Abstract :

The band gaps of three forms of polyaniline (PANI) are calculated using the DFT method with the B3LYP functional and SV(P) basis set. This marks the first time that the band gap for this polymer has been calculated using this DFT method. The calculations include an investigation of the effect of varying the benzoid--quinoid structural units, the effect of increasing oligomer length, and the inclusion of Michael's addition structures, which could be residual in the polymer depending on the chosen synthetic method. All results were compared with the experimentally determined band gap of 1.5 eV as typically reported in the literature. A commonly used structural motif of alternating benzoid-quinoid units and a ratio of 0.5:0.5 benzoid--quinoid resulted in a computed band gap of 1.9 eV. Inclusion of one extra quinoid unit gave rise to a band gap of 1.3 eV. Incorporation of a Michael's addition structure was found to dominate the band gap calculation, yielding a localized LUMO and a band gap of 1.3 eV that was insensitive to the polymer chain length and composition. Key words: polyaniline, B3LYP/def SV(P), band gap, computational chemistry, TurboMol. Nous avons calculé les bandes interdites de trois formes de polyaniline (PANI) à l'aide de la méthode DFT avec la fonctionnelle B3LYP et la base SV(P). Les calculs de la bande interdite avec cette méthode DFT constituent une première pour ce polymère. Ces calculs permettent d'étudier les effets de la variation des unités structurales benzoïdes et quinoïdes et de l'augmentation de la longueur des oligomères, ainsi que l'inclusion des structures d'addition de Michael qui pourraient être présentes à titre résiduel dans le polymère selon la méthode synthétique choisie. Tous les résultats ont été comparés à la bande interdite déterminée expérimentalement de 1,5 eV, qui correspond à la valeur généralement rapportée dans la littérature. Le résultat du calcul de la bande interdite effectué avec un motif structural communément utilisé, qui consiste à alterner les unités benzoïdes et quinoïdes, et un rapport benzoïde-quinoïde de 0,5 : 0,5 était de 1,9 eV. Cette valeur s'est établi à 1,3 eV avec l'inclusion d'une unité quinoïde supplémentaire. Nous avons constaté que l'effet de l'incorporation d'une structure d'addition de Michael était majeur dans le calcul de la bande interdite, donnant lieu à une LUMO localisée et à une bande interdite de 1,3 eV indépendante de la longueur et de la composition de la chaîne de polymère. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : polyaniline, B3LYP/def SV(P), bande interdite, chimie computationnelle, TurboMol.

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Gale Document Number: GALE|A692877013