در این تحقیق عامل دار کردن نانولوله های کربنی تک دیواره (5, 5) و (8,0) بوسیله نوکلئوبازها انجام شد ساختارهای بدست آمده از طریق محاسبات طیف سنجی nmr و nqr مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا ساختارها در سطح b3lyp/6-31g* بهینه شده و سپس برای آنها تانسورهای efg و cs در سطح b3lyp/6-31++g** محاسبه شدند. در اثر اتصال نوکلئوباز به نانولوله کربن هیبریداسیون کربن در محل اتصال به sp3 تغییر می کند و جابجایی شیمیایی در این کربن نسبت به نانولوله های بدون اتصال تفاوت قابل ملاحظه ای نشان می دهند این جابجایی شیمیایی از 2/125 به 64 در نانولوله (5,5) گوانین< 65 در نانولوله (5,5)-آدنین و 69 در نانولوله (5,5) –سیتوزین و تیمین تغییر می کند. متوسط جابجایی شیمیایی در ساختارهای نانولوله (5,5) نوکلئوباز برای کربن های استخلاف نشده تا حدودی کمتر از کربن های معادل در نانولوله های بدون اتصال است. اختلاف در جابجایی شیمیایی کربن های استخلاف نشده بدلیل وجود نوکلئوبازها منجر به پهن شدن قابل توجه پیک در طیف شبیه سازی شده می شود. ساختار نانولوله های استخلاف شده پس از بهینه شدن در تمام موارد یک سطح مقطع تخم مرغی شکل را عمود بر محور لوله نشان می دهد. می توان انتظار داشت که این تغییر ساختار منجر به جابجایی قابل ملاحظه ای در طیف nmr کربن های استخلاف نشده در نانولوه بشود. برای مثال از نانولوله (5,5) آدنین پس از بهینه سازی آدنین را حذف کرده و بدون بهینه سازی مجدد محاسبات nmr بر روی آنها انجام گرفت. جابجایی متوسط کربن ها با صرفنظر از کربن استخلاف شده 95 ppm بدست آمد. واضح است که جابجایی nmr کربن استخلاف شده بوسیله هم تغییر ساختاری و هم اثرات الکترونی ناشی از گروه استخلاف می باشد. لذا بررسی بیشتر داده ها نشان می دهد که اختلاف ساختاری کربن های دور از استخلاف را نیز متاثر می کند در حالیکعه اثرات الکترونی گروه استخلافی بیشتر بر جابجایی شیمیایی کربن ها در مجاورت عامل استخلاف اثر می گذارد.

کار تحقیقاتی انجام شده در این رساله مطالعه نظری برخی از مشتقات خانواده فولرن به عنوان گیرنده-های الکترونی در سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن بر پایه نظریه تابعی چگالی در سطح b3lyp به منظور یافتن ترکیباتی با کارایی بالاتر در دستگاه های فوتوولتایی می باشد. تحقیق حاضر در چهار مرحله به این مهم می پردازد. در مرحل اول روابط موجود بین سطوح انرژی lumo با پارامتر ولتاژ مدارباز (voc) برای خانواده ای از مشتقات c60 و c70 بررسی می شود. نتایج در این بخش روابط خطی قابل توجهی بین این دو پارامتر نشان می دهد که توافق خوبی با کارهای قبلی انجام شده دارد. هدف دیگر این بخش بررسی اثر اصلاح طول زنجیر آلیفاتیک، تغییر گروه های استخلافی قسمت استری زنجیره آلیفاتیک و اصلاح بخش آروماتیک این خانواده و در ادامه مشتقات مونو و بیس اداکت های ایندن و بی ایندن c60 بر روی سطوح lumo و کارایی سلول خورشیدی است. نکته کلیدی تحقیقات اخیر در مرحله بعد دست یابی به رابطه خطی بین پارامتر محاسباتی الکتروفیلیسیتی برای مشتقات فولرن و پارامتر تجربی voc دستگاه های فوتوولتایی است. اندیس الکتروفیلیسیتی ویژگی برجسته ای است که به طور همزمان تعیین کننده تمایل یک گونه برای کسب یک الکترون از محیط غنی از الکترون مجاور خود و همچنین مقاومت آن در برابر پس دادن الکترون به محیط پیرامون می باشد. نتایج نشان می دهد جایگزینی استر بوتیریک اسید با استرهای پروپیونیک اسید در قسمت آلیفاتیک و یا افزایش قدرت دهندگی استخلاف های قسمت استری منجر به افزایش مقدار الکتروفیلیسیتی می شود. در نظر گرفتن مشتقات c70 الکتروفیلیسیتی بالاتری نسبت به مشتقات c60 می دهد. افزودن گروه های ایندن روی قفس فولرن (مشتقات ایندن-c60 ) الکتروفیلیسیتی را به مقدارقابل توجهی افزایش می دهد که منجر به افزایش voc می شود. در مرحله سوم به منظور شناسایی و کاراکتریزه کردن ترکیبات مورد نظر به بررسی طیف سنجیnmr این مولکول ها می پردازیم چرا که اعتقاد داریم علی رغم تحقیقات تجربی متعدد، به دلیل پیچیدگی ساختارهای مورد نظر، تحقیقات طیف سنجی نظری بر پایه محاسبات مکانیک کوانتومی همواره می تواند راهنمای مفیدی در مسیر شناسایی و کاراکتریزه کردن این مولکول ها باشد. درنهایت به منظور شناسایی پتانسیل های لازم خانواده فولرن ها برای استفاده در سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن به بررسی دو گروه از این مولکول ها می پردازیم. گروه اول شامل مشتقات فولرن دوپ شده با بور و نیتروژن می باشد و گروه دوم مجموعه ای از فولرن های سیلیکونی را در بر می گیرد که هر دو می توانند بستر مناسبی را برای شرکت در لایه فعال سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن ایجاد نمایند.