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有机共轭材料兼具了柔性、质轻、可湿法加工、性能易调控、种类繁多、低成本等诸多优点,因此它的发展与应用备受科学界与工业界的关注。有机共轭材料由共轭单元组成,具有高度离域的π体系和闭壳层电子结构。设计、合成新颖的共轭结构是调控、优化材料光学和电学性能最为重要的途径之一。咪唑环结构稳定,π环中含有一个类吡啶氮原子和一个类吡咯氮原子,为6电子5原子共轭体系。这一特殊的双"N"五元环共轭体系,赋予了优良的光电性能、半导体性能。本论文中,设计合成了芘并咪唑共轭单元,为了探索这一新结构在有机半导体领域的应用潜力,合成了基于芘并咪唑的共轭小分子和共轭聚合物,并制作了有机场效应晶体管(OFET),研究了这些材料的半导体性能。除此以外,探索了咪唑合成方法、芘并咪唑结构在共轭介孔聚合物领域的应用前景,研究了共轭介孔聚合物的性能。本文中还设计合成了基于四苯基咪唑的激发态分子内质子转移(ESIPT)化合物,并研究了 ESIPT发光现象与发光机理。具体研究内容如下:1.在芘的K-区域,以对称的方式并上两个咪唑环,合成出大稠环构筑单元,芘并咪唑。为了探索这一结构在可溶性半导体小分子领域的应用价值,合成了PBI-L-Na和PBI-B-Na。在共轭体系中,芘并咪唑单元呈现出刚性、共平面、大共轭的特点。由于位阻作用,芘并咪唑单元上的烷基侧链相对于共轭平面,呈现扭曲结构。紫外可见光谱、电化学测试、X射线衍射实验以及OFET器件性能表明,此类材料固态时的光电性能受烷基链影响严重。以体积较小的直链作为侧链,PBI-L-Na能够形成更加有序的堆砌结构,共轭面的间距为0.36nm,此OFET器件显示出0.12cm2 V-1 s-1的空穴迁移率。而体积更大的支链严重阻碍了共轭面间的π-π相互作用,PBI-B-Na的空穴迁移率仅为4.6×10-3 cm2 V-1 s-1。2.为探索芘并咪唑结构在共轭聚合物领域的应用潜力,分别合成了主链由芘并咪唑基团(PBTI)与乙烯基团或噻吩基团构建的共聚物P1和P2。利用理论计算、紫外可见光谱、循环伏安、OFET器件表征了聚合物的半导体性能。PBTI使聚合物拥有了刚性、共平面的分子链几何构型、均匀分布的HOMO轨道以及-5.7eV附近的深HOMO能级。常规XRD、掠入射XRD结果表明,P2中三联噻吩引导了聚合物分子链的有序排列,因此获得了更高的载流子迁移率(0.015cm2 V-1)。3.探索了 Debus-Radziszewski反应在共轭多孔聚合物制备方面的应用潜力,合成了基于芘并咪唑结构的共轭介孔聚合物(PI-CMP)。红外光谱、XPS、元素分析表明了 Debus-Radziszewski反应在共轭多孔聚合物领域应用的可行性。热分析显示PI-CMP的热分解温度高达608℃。SEM、TEM照片显示出了 PI-CMP材料内部交联多孔的形貌,以及共轭面相互堆叠的结构。PI-CMP的比表面积为477 m2 g-1,孔径集中分布在3.5 nm的介孔范围(此值与理论计算值3.9 nm相近)。利用三电极体系,探索了 PI-CMP在超级电容器方向的应用。4.设计合成了以四苯基咪唑为主体结构的ESIPT分子(E1),并将甲氧基取代的M1作为醇式分子来研究。通过对比M1和E1的紫外可见光谱、荧光光谱和荧光衰减曲线来研究ESIPT现象和机理。ESIPT发生时,E1分子具有180nm以上的大斯托克斯位移,并有效限制了荧光分子间的能量转移。ESIPT过程涉及多个状态,随着溶剂极性的增加,溶剂分子对醇式激发态、酮式激发态施加的影响逐渐变大。在大极性溶剂乙腈中,溶剂分子对醇式激发态的作用直接阻断了ESIPT过程。