含腈基的三苯胺基二苯乙烯化合物的合成及其电致发光性能研究

本文成功地合成了集空穴传输基团三苯胺和电子受体基团腈基于一个分子中的腈基取代的三苯胺基二苯乙烯系列化合物,获得电子和空穴都能够高效注入和传输的新型电致发光材料.由这种材料制备的电致发光器件的性能稳定,启动电压显著降低,发光为黄绿色.     

密度泛函理论研究边链对苯并菲电荷传输的影响

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**水平上,根据电子转移的半经典模型对含有炔基的不同软链的苯并菲化合物分子的电荷传输性质进行研究。研究表明,所有目标化合物均有利于苯并菲的电荷传输。其中,直接在苯并菲刚性环上引入酰胺基（-CO-NH-）有利于提高正电荷的传输,而间隔基为酯基的单取代化合物的正负电荷传输性质均比较良好。在苯并菲上单取代的分子明显比其双取代、三取代的分子正电荷传输性质好。     

新颖的5,15-二(4-(5-乙酰基硫戊氧基)苯基)卟啉化合物的结构和性质的密度泛函理论计算

通过密度泛函理论计算比较性地研究了5,15-二(4-(5-乙酰基硫戊氧基)苯基)自由卟啉及其锌配合物的分子结构、电荷性质、分子轨道、电子吸收光谱和红外光谱.这类化合物具有在卟啉相对的两个中位的苯环上连有5-乙酰基硫戊氧基的新颖结构.模拟得到的这两个化合物的分子结构和电子吸收光谱以及红外光谱都与实验测得的符合得很好.通过与未取代的自由卟啉和卟啉锌的结构和性质进行比较,研究了中位取代基、极性溶剂和中心金属取代对此类卟啉化合物结构和性质的影响规律.对化合物的电子吸收光谱中的电子跃迁本质进行了归属,并通过基于正则坐标分析产生的动画对红外光谱的振动模式进行了指认.目前的工作将对理解此类新颖卟啉化合物的结构和性质以及取代基和溶剂效应提供很大的帮助.     

预测亲核反应位点方法的比较

预测分子不同位点发生亲核取代反应的活性具有重要的理论和实际意义.目前已提出了许多基于反应物自身电子结构特点的预测方法.本文将碳基化合物、芳香族化合物和吡啶衍生物这3类分子作为测试体系,对14种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析.结果表明,体现局部电子软度的方法能很好地预测反应位点,如简缩双描述符方法,但表现静电效应的预测方法,如原子电荷分析和静电势分析,整体表现很差.对于本文中所用的分子体系来讲,简缩双描述符和Hirshfeld电荷分析方法对分子反应位点预测最准确.     

修饰吡啶衍生物的染料敏化光阳极水氧化性能的研究

染料敏化光电化学电池(DSPECs)是构建人工光合作用体系的潜在方式,其优势在于可通过优化染料结构来拓展可见光吸收范围,从根本上提高太阳能利用效率.染料敏化光阳极在受激发产生电荷分离之后,激发电子注入TiO₂半导体导带,由于其导带位置比传统的可见光半导体,如BiVO4和Fe3O4等相比较负,因此理论上可以在较小的偏压下取得较大的光电转换效率,也更有利于和光阴极相耦合实现无偏压分解水.电荷传输动力学研究表明,注入到TiO₂导带的电子向氧化态光敏剂和催化剂的回传是造成体系能量损失的主要原因,集中体现在光电流密度和效率的降低.目前,已经报道了多种手段来减少DSPECs光阳极表面的电子回传,包括使用带有长烷基链的锚定基团对水氧化催化剂进行修饰,在半导体表面引入电子中介体以及使用核-壳结构的基底等.其中,SnO2/TiO₂基底被广泛应用在染料敏化光阳极中,这种基底可以提高光生电子的注入效率,同时两种金属氧化物之间的异质结有效抑制了电子回传,从而提高了DSPECs的光电活性.然而,核-壳结构基底需要使用原子层沉积技术来制备,所以操作相对复杂.本文基于Ru-bda(bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸)结构的分子水氧化催化剂和带有磷酸修饰基团的三联吡啶钌通过共吸附的方式制备染料敏化光阳极,在不使用核-壳结构基底的情况下,利用吡啶衍生物对TiO₂电极表面的修饰来减少电子回传.本文利用一系列吡啶衍生物作修饰负载在TiO₂光阳极上(TiO₂|RuP,1;RuP=Ru(4,4'-(PO3H2)2-2,2'-联吡啶)(2,2'-联吡啶)2;1=Ru(bda)(L)2,bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸,L=(10-吡啶-4-基氧基)癸基)膦酸.在100 mW/cm2的白光照射下(λ>400 nm),TiO₂|RuP,1,P1(P1=4-羟基吡啶)光阳极在0.4 V(vs.NHE)的外加偏压下获得了1 mA/cm2的光电流密度,其光电流比未修饰吡啶的光阳极增加了42%.同时,其入射光子-电流转化效率在470 nm波长的单色光光照下达到最大,为13.6%.经过吡啶衍生物所修饰的光阳极光电性能和文献中利用核-壳结构基底所制备的类似光阳极性能相当,且光电流密度随吡啶对位取代基供电性能的增强而增大.瞬态吸收光谱和电化学阻抗谱测试表明,吡啶吸附在光阳极上能有效地抑制界面上的电子回传,延长电荷分离寿命,是光电流增加的根本原因,这也表明有机小分子修饰是提高染料敏化光阳极性能的简单、有效的策略.     

基于2,1,3-苯并噻二唑衍生物的有机发光材料的设计与性质的理论研究

有机电致发光材料已经成为国际上的一个研究热点。利用量子化学方法研究有机电致发光材料的结构与性能间的关系已成为材料科学中不可或缺的重要手段。本文采用理论计算方法对一种2,1,3-苯并噻二唑衍生物的结构进行修饰,研究了杂原子NH、O和Se取代对电子性质、光谱性质、电荷传输性质以及稳定性的影响,这对于了解有机电致发光材料的发光机制,设计新颖的多功能材料是非常有意义的。研究结果表明,NH取代对母体分子的电子性质和光谱性质的影响最明显。NH、O和Se取代衍生物具有较小的空穴重组能,可以作为有机电致发光二极管中的空穴电荷传输材料。静电势能结果表明NH、O和Se取代衍生物的稳定性要高于母体分子的稳定性。     

含噻吩环( )二唑衍生物的合成及电化学性能研究

合成了新的化合物2,5-双[2,2-双(5-取代苯基)-1,3,4-( )二唑]噻吩(R-OXD)(R=H, CH3O, CH3, F, CN), 用 1H NMR和元素分析对其进行了表征. 同时, 采用循环伏安法对其电化学性能进行了测试. 结果表明, 除了F-OXD外, 这一系列化合物的电子亲和势高于常用电子传输材料PBD, 说明它们的电子传输材料性能优良.     

含咔唑、噁二唑及8-羟基喹啉的金属络合物型发光材料

为了得到发光性能优良的有机薄膜发光器件,在有机发光材料化合物的分子结构及器件构筑方面,一个重要的途径是在发光化合物的分子设计或器件的组合中,要既具有空穴传输功能团,又具有电子注入功能团,并使两者的传输效率应尽量达到一个恰当的平衡[1].为此,我们设计并合成了分子中含有发光强度高、稳定性好、载流子传输效率高8-羟基喹啉铝金属配合物型发光单元,并分别与空穴传输功基咔唑环及电子注入基噁二唑环相联的两种化合物[2],对它们的光发射性能进行了初步研究.由它们构成多层结构的发光器件,是下一步的研究工作,合成路线如下:     

苯并咪唑苯并异喹啉酮及其衍生物的电子结构和光谱性质的理论研究

采用密度泛函、含时密度泛函和单激发组态相互作用(CIS)方法研究了苯并咪唑苯并异喹啉酮(1)及其衍生物的电子结构特性和光谱性质,并用极化连续模型考虑了溶剂的影响.结果表明,化合物1及其衍生物的吸收和荧光发射过程的电子垂直跃迁是由于分子内的电荷迁移.化合物1中取代基的位置及给吸电子能力影响其HOMO-LUMO能隙和电荷迁移量.在分子中引入吸电子和给电子取代基,均使最大吸收波长和最大荧光发射波长红移,计算的结果与实验结果吻合得较好.     

新型蓝光材料: 氟代三联(9,9-二苯基)芴的合成及其光电性能研究

使用HF/吡啶法在芴环的4位引入了氟原子, 使用五氟氯苯格氏试剂在芴环的9位引入了全氟苯, 合成了五个氟取代三联(9,9-二苯基)芴化合物. 测量了该系列化合物的电化学、光学和电致发光性能, 氟原子的引入提高了化合物的电子传输能力. 在溶液和薄膜状态下, 该类化合物都呈现出稳定的蓝光发射(色坐标x＝0.156, y＝0.078). 由化合物6f制备的简单器件的启亮电压为6 V, 最大亮度为452 cd/m2.     

新型含取代吡啶环的取代吡唑甲醛肟的合成及生物活性测定

为了从吡唑肟类化合物中寻找新的活性物质,利用活性亚结构拼接原理,将取代吡啶骨架引入到吡唑肟分子结构中,制备了一系列未见文献报道的新型含取代吡啶环结构的取代吡唑甲醛肟化合物.通过核磁氢谱、碳谱和元素分析确证了新化合物的结构.初步的生物活性测试结果显示,某些标题化合物表现出一定的杀虫与杀螨活性.其中化合物5i在浓度为400μg/m L时对蚕豆蚜的杀死率达到90%.     

二萘嵌苯二酰亚胺衍生物的半导体性质

应用密度泛函理论研究了四种二萘嵌苯二酰亚胺(PDI)(N,N'-二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(1), N,N'-二(3-氯苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(2), N,N'-二(3-氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(3)和N,N'-二(3,3-二氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(4))半导体材料的最高占据轨道和最低未占据轨道能量、离子化能和电子亲和能以及在电荷传导过程中的重组能. 与化合物2-4的最高占据轨道和最低未占据轨道能量变化相同, 在PDI分子外围引入氯苯甲基或氟苯甲基后导致化合物2-4的绝热电子亲和能有不同程度的增加. 应用Marcus电子传导理论, 计算了这四种半导体材料应用于有机场效应晶体管在电子传递过程中的电子耦合和迁移率. 计算结果表明:这四种化合物相对于金属金电极而言具有较小的电子注入势垒, 是优良的n型半导体材料. 计算的这四种半导体材料的电子传输迁移率分别为5.39, 0.59, 0.023和0.17 cm2·V-1·s-1. 通过研究化合物分子在还原过程中几何结构变化和在化合物3晶体中不同类型的电子传递路径, 合理地解释了化合物1-4在有机场效应晶体管电荷迁移过程中具有较高的电子迁移率.     

电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

染料敏化太阳能电池中的染料起到吸收光能和传导光生电子的作用,而染料的电荷分离状态能有效提高电子注入效率,抑制电荷复合,进而提高器件性能。本文以电荷分离(CS)型染料为敏化剂,采用spiro-OMeTAD为空穴传输材料制备了全固态染料敏化太阳能电池,分析了TiO_2光阳极膜厚的影响,当TiO_2光阳极膜厚为1. 2μm时,器件性能最优;探讨了染料结构对器件性能的影响,其中染料MTPABT-Pyc的器件性能最好,其光电流和效率分别为7. 38mA/cm~2和3. 06%。相比于电荷转移(CT)型染料MTPAcc,MTPABTPyc具有相近的捕光能力,但是其效率比MTPAcc (2. 64%)提高了16%。研究结果表明,CS型染料的电荷分离态对电荷复合的抑制和空穴的传输具有明显的优势。     

均三嗪基修饰的1,3,4-(口恶)二唑类化合物的合成

1,3,4-(口恶)二唑类材料[1-2]具有优良的电子传输性及很好的耐热性和抗氧化性,是目前应用最广泛的电子传输材料.然而由于小分子化合物性质不稳定,尤其是其热稳定性差以及易重结晶,从而影响电致发光器件的使用寿命.本文引入均三嗪基团对其进行化学修饰以改善其电子传输性能和稳定性,合成了几种2-苯基-5-(对氨基苯基)-1,3,4-(口恶)二唑取代的二氯均三嗪及其衍生物.合成路线如下.     

含B-N相互作用偶氮苯强荧光材料光电性质的理论研究

本文基于增大光谱发光强度的结构修饰方法,采用理论计算方法研究了结构修饰后分子的电子性质、光谱性质以及电荷传输性质的变化.计算结果表明,-N(CH3)2取代、-N(CH3)2和-Br组合取代有助于吸收/发射光谱发光强度的提高.与母体分子相比,-N(CH3)2和-Br取代位置不同或取代数量不同可以引起最高占据分子轨道能量(EHOMO)、最低空分子轨道能量(ELUMO)和能隙(Eg=ELUMO-EHOMO)发生明显变化,从而有效调节了最大吸收波长(λabs)和最大发射波长(λem),从理论角度设计了一系列蓝光和绿光材料.重组能计算显示,除了GM-1和GM-6,其余分子可以作为有机电致发光材料(OLEDs)中的空穴传输材料,GM-1和GM-7可以作为双极性电荷传输材料.     

多吡啶钌染料和有机染料共染色的钴基敏化太阳电池

具有低费米能级的外球电子媒介体的开发带来了染料敏化太阳电池性能的重大进展.针对这种快复合器件,通过精细的调控二氧化钛表面的染料包覆层结构来有效抑制界面电荷复合是目前该领域的一个重要研究主题.在本文中,利用高吸收系数的多吡啶钌染料与具有三维立体结构的有机给受体染料对二氧化钛薄膜进行共染色.基于邻菲罗啉钴氧化还原电对,相对于纯钌基染料染色的器件,瞬态吸收与瞬态光电压衰减测试表明具有三维立体结构的有机染料的引入不仅提高了电子注入效率,还同时减慢了二氧化钛中的电子与氧化态染料及电解质中的电子受体之间的复合反应速率,使器件开路电压从808 mV提升到883 mV.这种界面光活性层微结构变化诱导的电子注入效率的改善和电荷复合的减慢还过补偿了因薄膜光吸收减弱带来的不利影响,获得了更大的光电流输出,在模拟AM1.5太阳光辐照条件下器件功率转换效率从8.5%提升到10.3%.     

含6-烷(芳)氧基多取代吡啶衍生物的合成与除草活性

采用6-烷硫基吡啶化合物为原料,用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,双氧水为氧化剂,水合钨酸钠为催化剂,经过一步氧化变成6-烷砜基多取代吡啶化合物,再在醇钠或碳酸钾的催化作用下与醇或酚反应生成含烷(芳)氧基的多取代吡啶衍生物.通过~1H NMR,EI-MS,IR,元素分析等方法对所合成的化合物进行了结构表征.代表化合物2-甲基-4-氨基-5-氰基-6-(3-硝基苯氧基)烟酸甲酯经单晶X衍射确证了结构.对合成的含6-烷(芳)氧基多取代吡啶衍生物作了初步的除草活性测试,测试结果表明:含6-烷(芳)氧基多取代吡啶衍生物对油菜和稗草具有一定的除草活性,且化合物对油菜和稗草根的抑制优于对茎的作用,表现出明显的选择性.     

4-氨基-5-氰基-6-烷胺基吡啶衍生物的合成与生物活性

采用六水合硝酸锌作催化剂、少量的乙醇钠为助催化剂,使用无水乙醇作为溶剂,将2-氰基-3-烷胺基-3-氨基-丙烯腈(N,N-缩醛)与β-二羰基化合物一步关环生成了一系列目标化合物4-氨基-5-氰基-6-烷胺基吡啶衍生物.通过1H NMR,IR,EI-MS,元素分析等方法对所合成的化合物进行了结构表征.代表化合物2-甲基-4-氨基-5-氰基-6-乙醇胺基-3-乙氧羰基吡啶经单晶X衍射证实了结构.对合成的多取代吡啶衍生物化合物作了初步的农药活性测试,测试结果表明:所合成的多取代吡啶衍生物部分化合物表现出较好的杀菌活性,同时也对油菜和稗草具有一定的除草活性.     

基于星射状三苯胺敏化剂的分子设计

以性能优良的三苯胺星射状分子WD8为母体,通过密度泛函理论方法,探讨了取代基团在不同位置时,对母体分子电子性质、光谱性质和电荷传输性能的影响.结果表明,取代基团位置的不同,对分子的前线分子轨道组成基本没有影响.当2-氰基-3-呋喃基-丙烯酸基团取代位置由对位变为间位时,分子的吸收范围最大.当2-氰基-3-呋喃基-丙烯酸基团和1个吩噻嗪-苯基团取代位置由对位变为间位时,分子的EHOMO最大,ELUMO和Eg最小,分子的最大吸收波长最长.当2-氰基-3-呋喃基-丙烯酸基团和2个吩噻嗪-苯基团取代位置由对位变为间位时,分子的电荷传输性能最强.     

噻吩并[2,3-b]吡啶类化合物的合成及生物活性

用邻氨基噻吩腈与不同结构的二羰基化合物反应,合成了新的多取代噻吩并吡啶类衍生物4-氨基-5-取代羰基噻吩并[2,3-b]吡啶-6-酮。用元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱和质谱等测试技术对所合成化合物的结构进行了表征。初步生物活性测试表明,该类化合物有较好的杀菌活性和一定的除草活性。