苝类有机光电材料的合成改性及其光电性质研究
苝系衍生物应用非常广泛,从工业染料到分子光电器件。作为一类重要的功能型材料,苝二酰亚胺衍生物有很多优点,它结构稳定,具有很好的光电性质,有很高的热稳定性,并且在可见光区表现出很强的吸收及荧光等特点,这就使得它能够在太阳能电池,固态光伏器件,场效应晶体管等领域广泛应用。在本论文中,我们主要对苝酰亚胺的酰亚胺位和主体共轭结构进行了改性和修饰:通过对酰亚胺位进行取代修饰,合成出了一系列具有非对称结构的苝酰亚胺衍生物;通过对主体共轭结构的修饰,合成出了一系列非平面共轭结构的苝酰亚胺衍生物;旨在探究其结构修饰对于苝酰亚胺类有机光电材料的物理、化学、结构以及光电性质的影响和变化规律,以实现在分子尺度对材料性能和光电特性进行精准调控,进而探索其在双光子吸收领域的潜在应用。本论文分为四章:第一章,综述了有机光电材料的发展背景,其中特别介绍了苝酰亚胺类光电材料的发展背景及基本性质,同时还简要介绍了苝系衍生物在双光子吸收领域的应用。章节结尾介绍了论文的选题背景和研究内容。第二章,为了提升材料的溶解性,同时探索非对称结构的苝酰亚胺衍生物的结构和物理化学性质,本章节首先制备出了一系列具有非对称结构的酰亚胺位取代的苝酰亚胺衍生物,随后系统的研究了材料结构与溶解性的变化规律,旨在揭示具有非对称亚胺位取代的苝酰亚胺衍生物分子的结构与溶解性、物理化学等性质之间的关系。一系列表征测试结果表明:由于长链烷基的引入增加了分子的空间位阻,减小了分子间的作用力,降低了苝酰亚胺结构分子的刚性,从而增加了其溶解性;但是随着修饰碳链的进一步加长,溶解性逐渐变差,这可能是由于修饰碳链过长导致分子量增大,使得其在有机溶剂中易形成自聚集态,从而在有机溶剂中的溶解性变差。第三章,在合成出了多种非对称亚胺位取代的苝酰亚胺衍生物并对其溶解性和结构性质进行系统研究后,本章节进一步探索了上述材料的光电性质和双光子吸收性质,旨在揭示不同修饰方法对非对称亚胺位取代的苝酰亚胺衍生物材料光电性质的影响,从而发展出诸多新型的具有优良光电性质和良好加工特性的有机光电材料。对材料光电性质的一系列表征结果表明:酰亚胺位的取代改变了分子的结构,进而改变了分子间的相互作用与堆叠方式,从而影响了材料的紫外吸收和荧光发射性质。分子的双光子荧光强度在900nm激发波长下达到最高,且材料的双光子吸收截面在长波长区有较大值。因此,可以通过分子设计实现材料在长波长下的双光子吸收性能调控。第四章,本章节设计合成了多种具有非平面共轭结构的苝酰亚胺衍生物。通过增加体系的苯环数量达到增强材料的光吸收强度和范围的目的。同时,通过在一个苝酰亚胺分子内构建多个非平面的共轭结构达到提升光生电子和空穴复合效率的目的,从而在提升光吸收性质的同时,提升材料的荧光性质和长波长下的双光子吸收性质。材料一系列的结构和光电性质表征测试,结果表明:苯环的增加扩大了材料的共轭体系,增大了材料对电子的吸收能力,进而增强了材料的光吸收能力。非平面的共轭结构使得电子和空穴复合效率有所提升。对材料双光子吸收测试也表明,通过设计和调控材料的共轭结构可以合成出一系列具有不同双光子吸收性质的苝酰亚胺衍生物,其在双光子吸收领域具有潜在的应用前景。总之,本论文旨在对苝酰亚胺的亚胺位和共轭结构进行不同的改性和修饰,以求获得具有良好加工性能和光电性质的新型苝酰亚胺类有机光电材料,并探究分子结构设计与修饰对材料物理、化学、结构以及光电性质的影响,进而探讨其构效关系以及其在双光子吸收领域的应用前景。
- 作者：
- 潘湘宁
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 苏陈良
- 中图分类号：
- TN204
- 关键词：
- 有机光电材料；苝酰亚胺；分子可控设计；光电性质调控；双光子吸收
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