3-(4′-吡啶基)/苯基-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性质表征

由化合物3-(4′-吡啶基)/苯基-4氨基-5-巯基-1,2,4-三唑与芳香酸在三氯氧磷作用下脱水、闭环得到3-(4′-吡啶基)/苯基-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑类新型化合物,产率为42%~72%。该化合物具有较大的共轭平面,其结构经红外光谱、核磁共振氢谱、元素分析测试技术确证。电化学测试的工作窗口为-1.4~1.0V,负向扫描,循环伏安图中显示标题化合物均有还原峰,还原起始电位为-0.35~-0.95V。借鉴有机材料能带表征的方法,结合其紫外-可见光谱计算出了被测化合物的电子亲和势、电离势、带隙等电化学参数。结果表明,与常用的有机电子传输材料PBD相比,标题化合物具有较高的电子亲和势(3.79~4.39eV)和电离势(6.95~7.84eV),较高的电子亲和势有利于电子的传输。     

一种新型低带隙共轭聚合物的合成及其光学性质

在钯催化剂作用下, 通过4,7-二(5-溴-2-噻吩基)[2,1,3]苯并噻二唑与2,5-二乙炔基-3-辛基噻吩的偶联反应, 合成了一种新的共轭高分子聚4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔(PTE-DTBT). 通过紫外可见吸收光谱及荧光光谱对其光学性质进行了研究. 紫外-可见吸收谱结果表明, PTE-DTBT的固体膜光学带隙为1.71 eV; 电化学测试其带隙为1.88 eV. TiO₂/PTE-DTBT共混固体膜的荧光发射谱结果表明电子供体PTE-DTBT分子与电子受体TiO₂分子间存在有效的电子转移.     

用于电子传输材料的含噻吩环噁二唑衍生物的合成(英文)

在有机电致发光器件研究中,电子传输材料占有特殊重要的地位。但现存的材料存在着不同的缺点。因噁二唑环的高的电子亲和性,噁二唑衍生物是常见的电子传输材料,如:2-(4- 叔丁苯基)-5-联苯基噁二唑(PBD),但容易结晶和低的电子亲和性限制了它的应用。为了得到新的有效的电子传输材料,本文以噻吩为起始反应物经过二碘代、羧酸化、酯化、氨解等步骤合成了噻吩二酰肼,再通过噻吩二酰肼与相应的取代苯甲酰氯缩合、关环的方法将富电子的噻吩环和高电子亲和性的噻吩环同时引入,合成了三种新的含噻吩环噁二唑衍生物2,5-双[2,2’-双(5-取代苯基)-1,3,4-噁二唑]噻吩(R-OXD R=H,OCH_3,CH_3)。同时,采用循环伏安法对其电化学性能进行了测定。这三种化合物都在负方向出现了-对可逆的氧化还原峰,由此得到其电子亲和势(EA)分别为-3.10eV,-3.07eV和-3.08eV,其EA值都高于常用的电子传输材料PBD。R-OXD的高电子亲和势有利于电子从阴极注入。并且由时间渡越法(TOF)测得R-OXD的电子迁移率达到10~(-4)cm~2/V.S(E=10~6V/cm)。所以R-OXD有可能是好的电子传输材料。     

新型P-/n-掺杂型共轭低聚物的合成及其光学和电化学性能研究

通过Heck偶联法制备了一种新型P-/n-掺杂型电致发光材料--3-十二烷氧基噻吩一共-1,3,4-二唑共轭低聚物(P3DDOTV-OXD),用核磁共振氢谱(~1H NMR)及凝胶色谱(GPC)对其结构进行了分析表征.用紫外一可见光谱法(UV-Vis)、荧光光谱法及电化学分析法对其光学和电化学性能进行了研究.结果表明:P3DDOTV-OXD的蕈均分子量为:5287(四氢呋喃为流动相,聚苯乙烯为标准样品).在氯仿溶液中,P3DDOTV-OXD的紫外最大吸收波长为314 nm.在401 am处发射出明亮的蓝光;其最人发射波长较规整均聚物(HT P3DDOT)λ_(max)=516 nm)蓝移了115 nm.循环伏安测定结果表明:P3DDOTV-OXD在正、负向区域分别出现了氧化还原峰,电子亲和能(I_a)为2.88 eV,有利于电子从阴极的注入.3-十二烷氧基噻吩一共一嗯二唑共轭低聚物有望成为集空穴、电子双向传输为一体的新型光电功能材料.     

萘酰亚胺取代修饰4,4′-螺双环戊并[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩化合物的合成制备及其在有机薄膜光伏器件中的应用研究

近年来,新型有机非富勒烯受体的开发极大地促进了有机聚合物太阳能电池效率的不断突破。其中具有空间非平面结构的新型非富勒烯受体材料是该领域的一个研究热点。本文选取1,8-萘酰亚胺(NMI)作为受电子单元,合成制备了基于螺[4,4]双环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩核心单元的空间非平面化合物SCPDT-(NMI)4及对应的基于环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩以及环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩-4-酮的线性模型化合物CPDT-(NMI)2和CPDT-O-(NMI)2。在此基础上,详细研究了3个化合物的光谱吸收、荧光光谱以及循环伏安电化学性质。结果表明,具有螺形结构的SCPDT-(NMI)4因其非平面结构以及较高的分子内空间位阻,导致其吸收光谱与线性化合物CPDT-(NMI)2相比出现了11nm的蓝移。固体薄膜吸收光谱结果表明,这一系列化合物具有弱的分子间相互作用。电化学循环伏安测试结果表明,所合成的3个化合物均有可逆的氧化还原过程。据此测得化合物的LUMO能级大致为-3.5~-3.8eV之间,可作为电子受体用于有机薄膜光伏电池。利用所合成的萘酰亚胺修饰的化合物作为电子受体,PBDB-T作为电子给体制备了有机太阳能电池器件。器件实验结果表明,基于空间非平面SCPDT-(NMI)4的器件光电转换效率达到了1.16%,远高于以线性分子CPDT-(NMI)_2作为受体的器件效率(0.11%)。荧光光谱猝灭实验结果表明,所合成的萘酰亚胺化合物与聚合物之间不完全的电子转移是影响器件性能的最主要因素。     

3-（4′-吡啶基）/苯基-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性质表征

由化合物3-（4＇-吡啶基）／苯基4氨基-5-巯基-1，2，4-三唑与芳香酸在三氯氧磷作用下脱水、闭环得到3-（4＇-吡啶基）／苯基-6-芳基-1，2，4-三唑并[3，4-b]-1，3，4-噻二唑类新型化合物，产率为42％～72％。该化合物具有较大的共轭平面，其结构经红外光谱、核磁共振氢谱、元素分析测试技术确证。电化学测试的工作窗口为-1.4～1.0V.负向扫描，循环伏安图中显示标题化合物均有还原峰，还原起始电位为-0.35～-0.95V.借鉴有机材料能带表征的方法，结合其紫外-可见光谱计算出了被测化合物的电子亲和势、电离势、带隙等电化学参数。结果表明，与常用的有机电子传输材料PBD相比，标舾化合物具有较高的电子亲和势（3.79～4.39ev）和电离势（6.95～7.84eV），较高的电子亲和势有利于电子的传输。     

电子传输材料噻二唑衍生物的密度泛函研究

用密度泛函B3LYP方法对7种3-(3'-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑分子进行全优化, 所有化合物都是平面分子. 计算了分子的垂直电子亲和势(VEA)、绝热电子亲和势(AEA)、分子内重组能以及绝对硬度等相关能量, 结果显示化合物的HOMO 与LUMO能级可通过连接不同取代基进行调节, 变化幅度为0.346～1.10 eV. 分子内重组能证实3-(4'-氰基-3'-吡啶基)-6-芳基-1,2,4-三唑并[3,4-b]-1,3,4-噻二唑是很有前途的电子传输材料, 不同取代基所对应的化合物分子内重组能也不同. 绝对硬度数据与分子内重组能都表明, 化合物E, G难于传输电子. 用TDDFT方法计算了化合物A, B和C的吸收光谱, 与实验值相比, 最大吸收峰的差值在3～10 nm之间.     

噻吩衍生物的合成及其光学性能研究

以3-溴噻吩为原料,通过格氏试剂卤锂交换,在过渡金属催化下双环侨联、烷基取代,合成一种液态状双烷基-二噻吩衍生物材料,正丁基锂与三溴噻吩投料比为2:1时收率最高,达80%以上。通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对其光线发射、吸收及理论计算做了系统性研究,循环伏安(CV)实验对分子内电荷转移情况进行了测试。结果表明双烷基噻吩衍生物的紫外吸收与3,3-双噻吩相比表现出较宽的光谱吸收范围优势,荧光光学能隙值及量子产率均优于3,3-双噻吩,推测衍生物中噻吩邻位增加的烷基侧链作为有效供电子基团,与主环体的Π电子体系共轭发生了明显的电子离域现象,使得双烷基噻吩衍生物具有较好的紫外-可见吸收和荧光发射响应。双烷基噻吩衍生物在不同非质子溶剂中出现随溶剂极性增大发生的吸收及发射波长红移现象,推测化合物分子与不同极性溶剂产生了相互作用,且在特定光源激发后分子内平面共轭结构产生了不同程度的偶极矩变化。最后利用伏安特性曲线验证了双烷基噻吩衍生物良好的光反应活性和导电优势,为光电材料进一步研究提供了理论基础。     

薁2/6-位芳基取代的模型化合物的设计合成及性质研究

设计合成了薁2/6-位芳基取代的六个模型化合物1～6,化合物1～3和4～6分别为薁2-位和6-位取代的化合物,其取代基顺序均分别为五氟苯、苯和α-噻吩.对化合物的紫外吸收光谱、荧光光谱、电化学以及质子响应等物理化学性质进行了研究,并结合密度泛函理论(DFT)计算研究了2/6-位不同取代芳基对于薁衍生物的基本物理化学性质的影响.吸收光谱研究表明,在薁的2/6-位引入不同取代芳基均可以使其S0→S2跃迁吸收峰红移(Δλ=6～68nm),2/6-位引入给电子的噻吩基团发生明显红移(Δλ=68/48nm),其中2-位引入给电子噻吩基团红移更加明显(Δλ=68nm).荧光光谱研究表明,在薁6-位引入强拉电子的五氟苯,所得化合物4荧光强度最强(φF=0.082);质子化后,同样含有五氟苯基的化合物1-H~+的荧光强度最强((φF=0.359).电化学和DFT理论计算表明,在薁2/6-位引入拉电子的五氟苯基可显著降低分子的最高已占分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)能级(1和4的ΔEHOMO/ΔELUMO分别为-0.23/-0.18和-0.20/-0.15 eV).这些研究结果为基于薁的有机功能分子的设计合成及性质研究提供了有效依据.     

基于吡咯并吡咯二酮的D-A化合物的合成及其光学性质研究

通过Suzuki反应,在噻吩取代吡咯并吡咯二酮(DPP)的两端引入不同的电子给受体,成功构建了一系列基于吡咯并吡咯二酮的D-π-A化合物.通过核磁共振谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、循环伏安结合理论计算对这一系列化合物进行了表征.通过对比发现,随着分子共轭长度的增加,其紫外吸收呈现较明显的红移,最大移动到近红外区(650nm).电化学研究表明,该类化合物具有较低的能级.光学以及电化学性质研究表明,该DPP类化合物可以作为构建有机电子学方面的重要材料,特别是在有机太阳能电池方面具有潜在的应用.     

Meso位单取代卟啉及其配合物的合成、表征和光谱性质

设计合成了一系列新型的meso位N,N-二甲氨基苯基或N-苯基咔唑基单取代卟啉(5a~c)及其锌配合物(6a~c),用高分辨质谱、¹H NMR、紫外-可见光谱及X射线单晶衍射方法等对结构进行了表征;研究了卟啉化合物及其配合物的热稳定性及荧光性质。结果表明,这些卟啉化合物及其锌配合物在400~410 nm之间具有强的吸收且具有很好的热稳定性,荧光量子产率在0.05~0.09;另外还分析了meso位不同取代基对光谱性质的影响。     

Meso位单取代卟啉及其配合物的合成、表征和光谱性质

设计合成了一系列新型的meso位N,N-二甲氨基苯基或N-苯基咔唑基单取代卟啉（5a~c）及其锌配合物（6a~c）,用高分辨质谱、¹H NMR、紫外-可见光谱及X射线单晶衍射方法等对结构进行了表征;研究了卟啉化合物及其配合物的热稳定性及荧光性质。结果表明,这些卟啉化合物及其锌配合物在400~410 nm之间具有强的吸收且具有很好的热稳定性,荧光量子产率在0.05~0.09;另外还分析了meso位不同取代基对光谱性质的影响。     

Electrochemical synthesis and investigation of poly(1,4-bis(2-(3,4-ethylenedioxy)thienyl)benzene) and its application in an electrochromic device

1,4-Bis(2-(3,4-ethylenedioxy)thienyl)benzene, prepared by Stille cross-coupling reaction was successfully electrochemically polymerized to give polymer 1,4-bis(2-(3,4-ethylenedioxy)thienyl)benzene (PEBE). Characterizations of the resulting polymer PEBE were performed by cyclic voltammetry (CV), UV–vis, Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. Moreover, the spectroelectrochemical and electrochromic properties of the polymer film were investigated. The resulting polymer film has distinct electrochromic properties and shows three different colors (deep red, gray, and light blue) under various potentials. At the dedoped state of the polymer, the π–π* transition absorption peak is located at 510?nm and the optical band gap (E _g) was calculated as 1.92?eV. The PEBE film shows a maximum optical contrast (ΔT%) of 31.0?% at 500?nm with a response time of 0.85?s. The coloration efficiency of PEBE film was calculated to be 182.2?cm²C^?1. An electrochromic device (ECD) based on PEBE and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) was also constructed and characterized. The response time was measured as 0.4?s, and the coloration efficiency of the device was calculated to be 225.4?cm²C^?1. Furthermore, this ECD exhibited satisfactory optical memories and redox stability.     

Highly Efficient Luminescent Solar Concentrators Based on Benzoheterodiazole Dyes with Large Stokes Shifts

Five extended π-conjugated systems with electron donor (D) and acceptor (A) moieties have been synthesized. Their basic D-A-D structural motif is a benzothiadiazole unit symmetrically equipped with two thiophene rings ( S2T ). Its variants include 1) the same molecular framework in which sulfur is replaced by selenium ( Se2T ), also with four thiophene units ( Se4T ) and 2) a D’-D-A-D system having a N-carbazole donor moiety at one end ( CS2T ) and a D’-D-A-D-A’ array with a further acceptor carbonyl unit at the other extremity ( CS2TCHO ). The goal is taking advantage of the intense luminescence and large Stokes shifts of the five molecules for use in luminescent solar concentrators (LSCs). All of them exhibit intense absorption spectra in the UV/Vis region down to 630 nm, which are fully rationalized by DFT. Emission properties have been studied in CH₂Cl₂ (298 and 77 K) as well as in PMMA and PDMS matrices, measuring photoluminescence quantum yields (up to 98 %) and other key optical parameters. The dye–PMMA systems show performances comparable to the present state-of-the-art, in terms of optical and external quantum efficiencies (OQE=47.6 % and EQE=31.3 %, respectively) and flux gain (F=10.3), with geometric gain close to 90. LSC devices have been fabricated and tested in which the five emitters are embedded in PDMS and their wave-guided VIS luminescence feeds crystalline silicon solar cells.     

Synthesis and characterization of novel conjugated polymers based on 3-cyclobutene-1,2-dione moiety

Three novel conjugated polymers bearing 3,4-bis（4-hexylthiophen-2-yl）-3-cyclobutene-1,2-dione unit in their main chain have been synthesized successfully in good yields through Suzuki or Stille coupling reaction.Their molecular structures have been confirmed by FT-IR,¹H NMR and ¹³C NMR.All these copolymers exhibit broad and strong absorption bands in UV-vis region,and their optical band gaps are calculated to be 1.6-2.0 eV.suggesting that they have good coverage with the solar spectrum.These polymers have good thermostability and solubility in common organic solvents.Moreover,all these objective macromolecules possess high electron affinity of～3.8 eV determined from cyclic voltammetry measurement,implying that they are potential n-type polymeric photovoltaic materials.     

Ring‐Shaped Silafluorene Derivatives as Efficient Solid‐State UV‐Fluorophores: Synthesis,Characterization, and Photoluminescent Properties

Four ring‐shaped silafluorene‐containing compounds ( 1 – 4 ) were synthesized and characterized as potentially promising monomers for fluorescent polymers. Their optical properties in solution and solid state (thin film and powder) were studied. These compounds have low quantum yields in solution (Φ_fl=0.13‐0.15) with fluorescence maxima at about 355 nm, but high quantum yields in the solid state (powder, Φ_fl=0.35‐0.54) with fluorescence maxima at about 377 and 488 nm. Influence of the substituents and the number of silafluorene units in 1 – 4 on their optical properties was investigated. Extensive study of the X‐ray crystal structures of 1 – 4 was undertaken to analyze and qualitatively estimate the role, extent, and influence of silafluorene moieties’ interactions on solid‐state fluorescent properties. Excited state UV/Vis and theoretical molecular orbital (MO) calculations were performed to explore possible fluorescence mechanisms and differences in quantum yields among these compounds.     

Synthesis of new donor-acceptor polymers containing thiadiazoloquinoxaline and pyrazinoquinoxaline moieties: low-band gap, high optical contrast, and almost black colored materials

Two low band gap conjugated polymers, poly[4,9-bis(4-hexylthien-2-yl)-6,7-di(thien-2-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline] (PHTTQ) and poly[5,10-bis(4-hexylthien-2-yl)-2,3,7,8-tetra(thien-2-yl)pyrazino[2,3-g]quinoxaline] (PHTPQ), consisting of alternating electron-rich 3-hexylthiophene and electron-deficient 6,7-di(thien-2-yl)-[1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline (TTQ) and 2,3,7,8-tetra(thien-2-yl)-2,3-dihydropyrazino[2,3-g]quinoxaline (TPQ) units were synthesized electrochemically. The structures of the π-conjugated monomers were tailored using thiophene as the pendant group on the acceptor units (TTQ and TPQ). The electrochemical and optical properties of the polymers were investigated by cyclic voltammetry and UV-vis-NIR spectroscopy. The absorption spectra of PHTPQ, revealing a 1.0 eV band gap, exhibited three maxima at 352 nm, 535 nm, and 750 nm. Consequently, its absorption spectra cover the region between 400 and 800 nm, which make the polymer almost black in appearance. PHTTQ shows a λ_max value of 820 nm and a band gap of 0.8 eV which is very low among other [1,2,5]thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline-containing donor-acceptor type polymers.     

D-A结构的9,9-二芳基芴类发光材料的合成、表征及性能

设计合成了一系列以三苯胺结构为核心的具有推电子-拉电子(D-A)结构的9,9-二芳基芴类有机小分子. 研究了介质极性对吸收与发射光谱行为的影响及分子结构与其发光能力的关系. 该类化合物荧光发射波长范围在430-530 nm. 并在特定极性溶剂中观察到双重荧光现象. 溶剂效应显示该类化合物随着介质极性的增加, 分子内电荷转移态(ICT)的荧光发射峰波长先红移后蓝移且荧光强度降低, 表现出扭曲的分子内电荷转移(TICT)行为. 该类化合物的最高占有分子轨道(HOMO)能级位于-5.24 - -5.50 eV, 且可以通过改变取代基电负性的强弱来调节. 所得化合物的玻璃化转变温度为192-206 °C, 热重分析(TGA)表明化合物的热分解温度都在400 °C以上, 具有良好的热稳定性.     

室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性

以2-苯基吡啶(ppy)为主配体, 2-(2-吡啶)苯并咪唑(pybiH)为辅助配体合成了一种室温蓝绿色磷光发射材料二(2-苯基吡啶)( 2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III) ((ppy)₂Ir(pybi)), 通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、核磁共振氢谱(1H NMR)、质谱(MS)、元素分析对其结构进行了表征. 利用紫外-可见吸收光谱、荧光激发和发射光谱、循环伏安曲线, 结合含时密度泛函理论(TD-DFT)模拟计算研究了(ppy)₂Ir(pybi)的光物理特性及能级结构, 并研究了其电致发光性能. (ppy)₂Ir(pybi)的紫外吸收峰分别位于250, 295, 346和442 nm, 与理论模拟计算吻合得很好;(ppy)₂Ir(pybi)为蓝绿光发射, 发光峰分别位于495 和518 nm; (ppy)₂Ir(pybi) 的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级分别为-6.11和-3.43 eV, 光学带隙为2.68 eV; 以(ppy)₂Ir(pybi)为掺杂剂, 4,4'-N,N'-二咔唑基联苯(CBP)为主体材料, 制备电致磷光器件, 电致发射峰位于508 nm, 最大亮度为8451 cd·m^-2, 最大电流效率为17.6 cd·A^-1. 这些研究为(ppy)₂Ir(pybi)在有机电致发光领域的应用提供实验依据.     

取代基对4-N,N-二苯胺基均二苯乙烯类电致发光材料光电特性的影响

用紫外吸收光谱、荧光发射光谱、循环伏安法(CV)、微分脉冲伏安法(DPV)等手段研究了4个4-N,N-二苯胺基均二苯乙烯类化合物的光电性能, 计算出它们的电离势(P_I)在5.70～5.90 eV, 带隙值(E_g)在2.78～2.88 eV, 分析了电化学行为, 讨论了取代基对吸收光谱、发射光谱和电子结构的影响. 结果表明, 引入供电子基团OCH₃后, 分子氧化电位降低, HOMO能量升高, 电离势降低; 引入吸电子基团—Cl后, 氧化电位升高, LUMO能量降低, 电子亲和势增加. 取代基—Cl和—OCH₃都使化合物的带隙(E_g)减小, 紫外-可见光谱的吸收峰和荧光光谱的发射峰均发生红移.