新型硼、氮/硫桥联三联苯衍生物的设计合成及性能研究

摘要

有机光电材料以其在有机电致发光器件(OLEDs)、有机光伏电池(OPVs)、有机场效应晶体管(OFETs)、有机激光器以及有机传感器等领域的广阔应用前景而成为目前国内外科学研究和产品开发的热点之一。在不同结构类型的分子体系中，具有并环结构的梯形π-分子体系的研究备受关注，其特殊的刚性平面结构可以使这类分子避免结构的无序性，并可以最大限度的实现分子内电子离域，因此梯形π-共轭分子一般具有高的荧光量子产率或良好的载流子传输能力。梯形联苯LOPP(ladder-type olifo(p-phenylene)s)即为其中的典型代表之一。为了调节体系的电子结构及其光学性能，可以在LOPP结构中引入Si，N，P,S，B等主族元素作为桥联原子。杂原子的引入可以与π-体系间产生特殊的轨道相互作用引起电子能级的变化，如给电性氮原子的引入可以提高体系的HOMO能级，而吸电性硼原子的引入可以降低体系的LUMO能级。虽然吸电性硼原子桥联的LOPP以及给电性氮或硫原子桥联的LOPP都有报道，但同时引入吸电性硼原子和给电性氮或硫原子作为桥联原子的LOPP的研究还非常少，为此，本论文开展了以下两个方面的工作。
　　1.首先设计合成了一类同时含有吸电性硼原子和给电性氮原子作为桥原子的三联苯化合物BN-TPs，通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)，荧光光谱(FL)，瞬态荧光光谱，循环伏安法(CV)及密度泛函理论计算(DFT)等详细研究了氮原子和硼原子的引入对体系光电性能的影响。实验结果表明，桥联硼原子的引入与氮原子相比，对光电性能会有更大的影响，氮原子上的取代基对光谱影响不大，吸收和发射波长与硼和氮的相对位置密切相关，而且化合物BN-TPs还存在氧化还原峰，具有作为双极性载流子传输材料的潜能。由于硼上大体积取代基的存在，BN-TPs在固体状态下，基本无荧光淬灭现象。
　　2.在第一部分工作的基础上，又进一步设计合成了同时含有吸电性硼原子和给电性硫原子作为桥联原子的三联苯化合物BS-TPs。研究发现，与BN-TP相比，BS-TP在溶液和固态表现出了更高的荧光量子产率，循环伏安曲线也有更强的还原可逆性。基于硼原子的Lewis酸性和硫原子的亲汞性，我们研究了BS-TP作为双功能型荧光探针在检测氟离子和汞离子中的应用。以上工作的开展，对将来构建性能更加优良的有机光电材料提供了理论依据。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 前言

1．1 有机光电材料的研究背景

1．2 桥联π-共轭有机光电分子的研究现状

1．2．1 碳原子桥联的有机π-共轭分子

1．2．2 硅原子桥联的有机π-共轭分子

1．2．3 硫原子桥联的有机π-共轭分子

1．2．4 氮／氧原子桥联的有机π-共轭分子

1．2．5 磷原子桥联的有机π-共轭分子

1．2．6 硼原子桥联的有机π-共轭分子

1．3 有机硼π-共轭光电材料的研究进展

1．3．1 硼取代基位于末端的线形π-共轭分子

1．3．2 硼取代基位于侧链的π-共轭分子

1．3．3 硼取代基位于中心的星型π-共轭分子

1．3．4 硼桥联的并环π-共轭分子

1．3．5 含有硼原子的π-共轭聚合物分子

1．4 本论文的选题背景及研究内容

第二章 硼、氮桥联三联苯衍生物的设计合成及性能研究

2．1 引言

2．2 结果与讨论

2．2．1 目标产物BN-TPs的合成

2．2．2 化合物BN-TPs的稳定性

2．2．3 结构表征

2．2．4 BN-TPs在溶液中的光学性能

2．2．5 理论计算

2．2．6 BN-TPs的电化学性能

2．2．7 anti-BN-TP-Me的固态光学性能

2．3 结论

2．4 实验部分

2．4．1 实验试剂与测试仪器

2．4．2 实验准备

2．4．3 化合物的合成

第三章 硼、硫桥联三联苯衍生物的设计合成及性能研究

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 目标产物BS-TPs的合成

3．2．2 化合物BS-TPs在溶液中的光学性质

3．2．3 化合物BS-TPs的电化学性质

3．2．4 理论计算

3．2．5 固态光学性质

3．2．6 化合物用作F-和Hg2+双功能型探针

3．3 结论

3．4 实验部分

3．4．1 实验试剂与测试仪器

3．4．2 实验准备

3．4．3 化合物的合成

第四章 工作展望

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 目标产物的合成

4．2．2 实验试剂与测试仪器

4．2．3 实验准备

4．2．4 化合物的合成

4．3 工作展望

参考文献

附录一 核磁谱图

附录二 攻读硕士学位期间参与发表论文

致谢