新型有机共轭材料的合成、表征以及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jovin_chow
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有机共轭材料作为有机分子器件的重要组成部分,它的合理设计是决定器件性能好坏的重要因素之一。本论文选取了萘酰亚胺、氮杂苝、二苯[c,g]并咔唑及卟啉等作为基元(给体或受体单元),构筑了一系列新型有机共轭材料体系,对它们的光电性质进行了系统的研究。主要内容包括:  1.由于萘酰亚胺具有较高的电子亲和势和平面骨架,并且聚合前体二溴化产物为单一纯品,所以它常被用来作为构筑共轭聚合物的电子受体单元。在分子中引入强吸电子基团CN可用来降低化合物的LUMO能级,从而提高空气稳定性以及电子传输能力。因此,我们设计合成了四个给体不同的二氰基萘酰亚胺D-A共聚物。通过对这四个共聚物的电化学性质的研究,与无氰基取代的萘酰亚胺聚合物相比,氰基取代萘酰亚胺聚合物的LUMO能级降低了~0.6eV。更低的LUMO能级显示出更高的电子亲和势,有利于电子注入和传输,这些聚合物在构筑空气稳定的n-型场效应晶体管方面具有潜在的应用前景。  2.氮杂苝及其衍生物具有较强的给电子能力,较高的摩尔消光系数以及可调控的能级差,我们认为这类化合物可以作为构筑有机染料的给电子单元。因此,以氮杂苝作为给体单元,三苯胺或者二苯胺类衍生物作为辅助给体单元,不同数量的噻吩衍生物作为π-共轭桥连单元,2-氰基乙酸为受体单元,我们设计合成了五个纯有机染料NPS-1~NPS5。并对其中四个染料NPS-1~NPS-4的光电化学性质进行了测试。这几个染料在可见光区都具有较宽的吸收光谱以及较高的摩尔消光系数。基于染料NPS-4的电池效率达到8.28%。  3.共轭环状化合物在超分子组装、分子识别、光电子器件等领域具有广泛的应用价值,其合成方法也是有机化学中的研究热点及难点。我们采用交叉偶联法,以二溴二苯并咔唑和硫的双锡化合物作为原料,通过一步法得到了一系列的硫杂杯[n]二苯并咔唑(n=4~9),通过凝胶层析色谱分离得到n=4,5的环状化合物,并对这两个化合物进行了初步的表征:质谱、核磁以及紫外吸收光谱。由于二苯并咔唑的给电子能力,我们推测这一系列硫杂杯[n]二苯并咔唑在光电子器件中具有潜在的应用价值。  4.对于合成复杂的共轭环状化合物,模板法是非常有效的手段。在这一部分工作中,我们以卟啉衍生物作为模板分子以及二苯并咔唑作为构筑单元合成了十二单元的共轭环状化合物。在后续的工作中,我们需要对关环反应条件进行优化,并对其组装行为以及在光电器件中的应用进行详细的研究。
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