Heteroatom merkezli çok halkalı konjuge pi sistemleri ile bu sistemlerin optoelektronik ve gaz tutma özelliklerinin hesapsal yaklaşımlarla incelenmesi - Meydan, Ömer (Gebze Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025)
Enerji maliyeti, verimliliği, erişilebilirliği ve sürdürülebilirliği, günümüz dünyasında yaşam kalitesini, çevresel dengeyi ve ekonomiyi etkileyen kritik faktörler arasındadır. Bu nedenle, yenilikçi enerji üretim ve verimlilik artırma çalışmaları büyük önem kazanmış güneş pilleri ve ışık yayan diyotlar (LED) gibi teknolojilere yönelik araştırmalar artmıştır. Organik pi konjüge sistemler, geniş kullanım alanları nedeniyle dikkat çeken malzemeler olup, heteroatom merkezli çok halkalı konjüge pi sistemleri bu sınıfın özel bir alt grubunu oluşturur. Bu sistemler, doplanmış grafene benzer yapısal uyarlanabilirlik özellikleriyle öne çıkmaktadır. Özellikle enerji alanındaki potansiyelleri sebebiyle bu malzemeler üzerine yoğun araştırmalar yapılmış, daha iyi performans sergileyen yeni malzemeler sentezlenerek literatüre kazandırılmıştır. Hesapsal yöntemler, moleküllerin işlevlerini anlamak, reaktivite öngörüsünde bulunmak ve deneysel çalışmalar öncesinde rehberlik etmek amacıyla kullanılmaktadır. Bu çalışmada, literatürde yer alan heteroatom merkezli çok halkalı konjüge pi sistemlerinin modellenmesi, yapısal değişikliklerin optoelektronik özelliklere etkisinin incelenmesi ve gaz sensörleri alanındaki uygulamalarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda kuantum mekaniksel hesaplamalar ve simülasyonlarda yaygın olarak kullanılan bir teori olan Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi DFT (M06-2X fonksiyoneli ve 6 - 31+G(d,p) temel seti) kullanılmıştır. Bu teori özellikle büyük sistemlerde daha verimli hesaplamalar yapılmasına olanak tanımaktadır. Hesaplamalar sonrasında sınır orbitalleri analizi yapılmış olup optoelektronik özelliklerin belirlenmesi için ise absorpsiyon spektrumları ve gaz sensör uygulama özellikleri zamana bağlı yoğunluk fonksiyoneli (TDDFT) ile incelenmiştir. Ayrıca, gaz adsorpsiyon bölgesinin tespiti için Fukui fonksiyonları ve DFT reaktivite tanımlayıcıları değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın sonuçlarının, organik fotovoltaik malzemelerin optoelektronik özelliklerinin geliştirilmesine katkı sağlaması ve gaz sensörü olarak kullanılabilecek yeni malzemelerin tasarımına yönelik önemli bulgular sunması beklenmektedir. Böylece, enerji sektöründeki problemlerin çözümüne ve çevresel iyileştirmelere yönelik katkılar sağlanması öngörülmektedir.

Energy cost, efficiency, accessibility, and sustainability are among the critical factors affecting quality of life, environmental balance, and the economy in today's world. Therefore, innovative studies on energy production and efficiency enhancement have gained great importance, leading to increased research on technologies such as solar cells and light-emitting diodes (LEDs). Organic ?-conjugated systems are materials that attract considerable attention due to their wide range of applications, and heteroatom-centered polycyclic conjugated ?-systems constitute a specific subgroup within this class. These systems stand out with their structural adaptability characteristics, similar to those of doped graphene. Owing to their potential in the field of energy, extensive research has been conducted on these materials, and new materials with improved performance have been synthesized and introduced into the literature. Computational methods are employed to understand the functions of molecules, predict their reactivity, and provide guidance prior to experimental studies. In this study, the aim is to model heteroatom-centered polycyclic conjugated ?-systems reported in the literature, investigate the effects of structural modifications on their optoelectronic properties, and explore their potential applications in the field of gas sensors. Within this scope, Density Functional Theory (DFT), a widely used theoretical approach in quantum mechanical calculations and simulations, has been employed using the M06-2X functional and the 6–31+G (d,p) basis set. This method allows for more efficient calculations, particularly in large molecular systems. Following the completion of the calculations, frontier molecular orbital analysis was performed. In order to determine the optoelectronic properties and investigate the gas sensing applications, absorption spectra and related characteristics were examined using time-dependent density functional theory (TDDFT).Additionally, Fukui functions and DFT-based reactivity descriptors were evaluated to identify the potential gas adsorption regions.The results of this study are expected to contribute to the enhancement of the optoelectronic properties of organic photovoltaic materials and provide significant findings for the design of new materials with potential use as gas sensors. In this way, it is anticipated that contributions will be made toward addressing challenges in the energy sector and promoting environmental improvements.
Computational investigation of heteroatom-centered polycyclic conjugated pi systems and their optoelectronic and gas adsorption properties
Keywords: Kimya; Chemistry