The conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene), or PEDOT, is an attractive material for flexible electronics. We present combined molecular dynamics and quantum chemical calculations, based on density functional theory, of EDOT oligomers and isoelectronic selenium and tellurium derivatives (EDOS and EDOTe) to address the effect of temperature on the geometrical and electronic properties of these systems. With finite size scaling, we also extrapolate our results to the infinite polymers, i.e., PEDOT, PEDOS, and PEDOTe. Our computations indicate that the most favourable oligomer conformations at finite temperature are conformations around the flat trans-conformation and a non-flat conformation around 45° from the cis-conformation. Also, the dihedral stiffness increases with the atomic number of the heteroatom. We find excellent agreement with experimentally measured gaps for PEDOT and PEDOS. For PEDOT, the gap does not increase with temperature, whereas this is the case for its derivatives. The conformational disorder and the choice of the basis set both significantly affect the calculated gaps.

1.
S.
Kirchmeyer
and
K.
Reuter
,
J. Mater. Chem.
15
,
2077
(
2005
).
2.
F.
Jonas
,
G.
Heywang
,
W.
Schmidtberg
,
J.
Heinze
, and
M.
Dietrich
, “
Neue polythiophene, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung
,” EP patent application EP19,890,106,236 (
1989
).
3.
S. S.
Zade
and
M.
Bendikov
,
Chem. Eur. J.
13
,
3688
(
2007
).
4.
A.
Patra
,
Y. H.
Wijsboom
,
S. S.
Zade
,
M.
Li
,
Y.
Sheynin
,
G.
Leitus
, and
M.
Bendikov
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
6734
(
2008
).
5.
M.
Li
,
A.
Patra
,
Y.
Sheynin
, and
M.
Bendikov
,
Adv. Mater.
21
,
1707
(
2009
).
6.
M.
Li
,
Y.
Sheynin
,
A.
Patra
, and
M.
Bendikov
,
Chem. Mater.
21
,
2482
(
2009
).
7.
K.
Ando
,
S.
Watanabe
,
S.
Mooser
,
E.
Saitoh
, and
H.
Sirringhaus
,
Nat. Mater.
12
,
622
627
(
2013
).
8.
E. I.
Carrera
and
D. S.
Seferos
,
Macromolecules
48
,
297
(
2015
).
9.
J. H.
Bombile
,
M. J.
Janik
, and
S. T.
Milner
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
12521
(
2016
).
10.
Y. H.
Wijsboom
,
A.
Patra
,
S. S.
Zade
,
Y.
Sheynin
,
M.
Li
,
L. J. W.
Shimon
, and
M.
Bendikov
,
Angew. Chem., Int. Ed.
48
,
5443
(
2009
).
11.
Y. H.
Wijsboom
,
Y.
Sheynin
,
A.
Patra
,
N.
Zamoshchik
,
R.
Vardimon
,
G.
Leitus
, and
M.
Bendikov
,
J. Mater. Chem.
21
,
1368
(
2011
).
12.
S. S.
Zade
and
M.
Bendikov
,
Org. Lett.
8
,
5243
(
2006
).
13.
P.
Vogl
and
D. K.
Campbell
,
Phys. Rev. B
41
,
12797
(
1990
).
14.
G.
Zheng
,
S. J.
Clark
,
S.
Brand
, and
R. A.
Abram
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
,
8609
(
2004
).
15.
P.
Gomes da Costa
,
R. G.
Dandrea
, and
E. M.
Conwell
,
Phys. Rev. B
47
,
1800
(
1993
).
16.
R. A.
Street
,
J. E.
Northrup
, and
A.
Salleo
,
Phys. Rev. B
71
,
165202
(
2005
).
17.
A.
Lenz
,
H.
Kariis
,
A.
Pohl
,
P.
Persson
, and
L.
Ojamäe
,
Chem. Phys.
384
,
44
(
2011
).
18.
A.
Mirsakiyeva
,
H. W.
Hugosson
,
X.
Crispin
, and
A.
Delin
,
J. Electron. Mater.
46
,
3071
(
2016
).
19.
R.
Car
and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
2471
(
1985
).
20.
J.
Hutter
,
A.
Alavi
,
T.
Deutsch
,
M.
Bernasconi
,
S.
Goedecker
,
D.
Marx
,
M.
Tuckerman
, and
M.
Parrinello
, CPMD: Car-Parrinello molecular dynamics, version 3.17.1, copyright IBM Corporation, copyright MPI für festkörperforschung Stuttgart,
2000–2017
.
21.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
22.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
23.
N.
Troullier
and
J. L.
Martins
,
Phys. Rev. B
43
,
1993
(
1991
).
24.
J.
Cornil
,
D. A.
dos Santos
,
X.
Crispin
,
R.
Silbey
, and
J. L.
Brédas
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
1289
(
1998
).
25.
E.-G.
Kim
and
J.-L.
Brédas
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
16880
(
2008
).
26.
S.
Nose
,
Mol. Phys.
52
,
255
(
1984
).
27.
W. G.
Hoover
,
Phys. Rev. A
31
,
1695
(
1985
).
28.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
29.
S. H.
Vosko
,
L.
Wilk
, and
M.
Nusair
,
Can. J. Phys.
58
,
1200
(
1980
).
30.
P. J.
Stephens
,
F. J.
Devlin
,
C. F.
Chabalowski
, and
M. J.
Frisch
,
J. Phys. Chem.
98
,
11623
(
1994
).
31.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
, gaussian 09, Revision D.01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2009
.
32.
J.
Gierschner
,
J.
Cornil
, and
H.-J.
Egelhaaf
,
Adv. Mater.
19
,
173
(
2007
).
33.
W.
Kuhn
,
Helv. Chim. Acta
31
,
1780
(
1948
).
34.
A.
Shalabi
,
S. A.
Aal
, and
M.
Assem
,
Nano Energy
1
,
608
(
2012
).
35.
E.
Poverenov
,
Y.
Sheynin
,
N.
Zamoshchik
,
A.
Patra
,
G.
Leitus
,
I. F.
Perepichka
, and
M.
Bendikov
,
J. Mater. Chem.
22
,
14645
(
2012
).
36.
J.
Roncali
,
F.
Garnier
,
R.
Garreau
, and
M.
Lemaire
,
J. Chem. Soc., Chem. Commun.
1987
,
1500
.
37.
J.
Sjöqvist
,
J.
Maria
,
R. A.
Simon
,
M.
Linares
,
P.
Norman
,
K. P. R.
Nilsson
, and
M.
Lindgren
,
J. Phys. Chem. A
118
,
9820
(
2014
).
38.
F.
Tran-Van
,
S.
Garreau
,
G.
Louarn
,
G.
Froyer
, and
C.
Chevrot
,
J. Mater. Chem.
11
,
1378
(
2001
).
39.
Q.
Pei
,
G.
Zuccarello
,
M.
Ahlskog
, and
O.
Inganäs
,
Polymer
35
,
1347
(
1994
).
40.
W.-C.
Chen
,
C.-L.
Liu
,
C.-T.
Yen
,
F.-C.
Tsai
,
C. J.
Tonzola
,
N.
Olson
, and
S. A.
Jenekhe
,
Macromolecules
37
,
5959
(
2004
).
41.
C.
Alemán
,
E.
Armelin
,
J. I.
Iribarren
,
F.
Liesa
,
M.
Laso
, and
J.
Casanovas
,
Synthetic Met.
149
,
151
(
2005
).
42.
A.
Dkhissi
,
D.
Beljonne
,
R.
Lazzaroni
,
F.
Louwet
,
L.
Groenendaal
, and
J. L.
Brédas
,
Int. J. Quantum Chem.
91
,
517
(
2003
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.