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.     

溶剂效应和取代基效应对2-(2-氨基苯基)苯并噻唑光谱性质及激发态分子内质子转移的影响

合成了多种2-(2-氨基苯基)苯并噻唑(APBT)氨基氢原子被供电子及吸电子基团取代的衍生物, 并用紫外光谱﹑荧光光谱等方法和密度泛函理论(DFT)计算研究了溶剂效应和取代基效应对衍生物的光谱性质及激发态分子内质子转移(ESIPT)的影响规律. 结果表明, 相比于非极性溶剂环己烷, 随溶剂极性的增加及APBT-溶剂分子间氢键的形成, APBT的紫外-可见最大吸收峰和荧光最大发射峰均发生了一定程度的红移, 并对APBT的ESIPT产生了影响. 在APBT分子的氨基氮原子上引入不同的吸电子或斥电子取代基, 对氮原子的电荷性质有较大的影响. 在环己烷溶剂中, 甲基取代后的APBT仅有单重荧光发射峰, 体系未发生ESIPT过程; 而COCH₂Cl等吸电子基团能促进APBT的ESIPT, 其荧光发射光谱出现了明显的双重峰, 表明体系发生了激发态分子内质子转移反应. 量子化学的理论计算较好地验证了光谱实验结果.     

一些新的芘衍生物的合成及光物理研究

本文合成了一系列新的芘衍生物，用紫外光谱和稳态荧光光谱方法研究了它们的光物理性质。结果表明，取代烷基几乎不影响芘的吸收光谱，而使芘的荧光光谱振动精细结构消失或部分消失；取代甲酰基的芘衍生物的荧光发射强烈依赖于溶剂的性质，极性溶剂中荧光光谱无精细结构，且荧光发射峰随介质极性的增加而红移。     

卤素取代与溶剂效应对荧光素的荧光光谱的影响

基于卤族元素对荧光素荧光性能的影响作用,采用甲磺酸为催化剂,分别以4-卤代(氟、氯、溴)间苯二酚为原料通过Friedel-Crafts酰化/环化脱水反应合成了2',7'-二卤代荧光素(DFF、DCF、DBF)。分析了不同卤族元素取代对荧光素的紫外-可见吸收和荧光发射光谱的影响,结果表明,与荧光素光谱相比,氟原子和氯原子取代对增强荧光发射强度效果明显,溴原子的引入降低荧光发射强度。考察了荧光染料浓度对其荧光强度的影响,结果发现,三种卤代荧光染料的浓度在1×10-5mol/L时均具有最大荧光发射强度。研究了染料的溶剂效应,发现荧光光谱随溶剂类型而变化,在极性溶剂中染料的荧光强度高、荧光发射波长较长,此外,在极性质子溶剂中斯托克斯位移比极性非质子溶剂中的大。     

卤素取代与溶剂效应对荧光素荧光光谱的影响

基于卤族元素对荧光素荧光性能的影响作用,采用甲磺酸为催化剂,分别以4-卤代(氟、氯、溴)间苯二酚为原料通过Friedel-Crafts酰化/环化脱水反应合成了2',7'-二卤代荧光素(DFF、DCF、DBF)。分析了不同卤族元素取代对荧光素的紫外-可见吸收和荧光发射光谱的影响,结果表明,与荧光素光谱相比,氟原子和氯原子取代对增强荧光发射强度效果明显,溴原子的引入降低荧光发射强度。考察了荧光染料浓度对其荧光强度的影响,结果发现,三种卤代荧光染料的浓度在1×10-5mol/L时均具有最大荧光发射强度。研究了染料的溶剂效应,发现荧光光谱随溶剂类型而变化,在极性溶剂中染料的荧光强度高、荧光发射波长较长,此外,在极性质子溶剂中斯托克斯位移比极性非质子溶剂中的大。     

苯丙炔酸低聚物的合成及性能

极性-共轭双取代乙炔-苯丙炔酸在Pd(PPh3)2Cl2催化下直接通过易位催化机理聚合为低聚物.单体苯丙炔酸由两步制得,先通过液溴和肉桂酸的加成反应得到二溴代苯丙酸,然后消去两分子溴化氢得到单体.通过红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)对单体及低聚物的结构进行了表征.凝胶渗透色谱(GPC)结果显示,聚合反应以甲苯作溶剂,75℃下效果最好,产率中等.这种共轭低聚物可以溶于四氢呋喃(THF)等极性溶剂,TGA结果表明低聚物热稳定性高.紫外可见吸收光谱(UV-Vis)显示,由于聚合后共轭主链大大增长,苯丙炔酸低聚物骨架上电子的跃迁使得低聚物的四氢呋喃溶液在波长高于310 nm光谱的区域中有吸收.荧光光谱(FS)显示,低聚物的四氢呋喃溶液在342 nm激发光下发蓝光,420 nm处有特征荧光发射峰.     

基于3,4-二烷氧基噻吩的D-A-D型有机共轭分子的合成及其光学和电化学性能

基于Wittig反应合成了新型D-A-D型有机半导体材料——双(2-乙烯基-3,4-二烷氧基噻吩)-对-2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑[(3,4DAOTV)2-OXD],用核磁共振氢谱(1HNMR)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、高效液相色谱(HPLC)和元素分析法(EA)对化合物的结构进行分析和表征.用紫外-可见(UV-Vis)光谱、荧光(PL)光谱及电化学分析研究其光学和电化学性能.在氯仿溶液中,各化合物的紫外最大吸收波长(λmabasx)在382-383nm之间,光学带能隙在2.92-2.97eV之间,荧光最大发射波长在448-452nm之间,发出明亮的青色光,荧光量子产率可达36.8%-37.6%;在固体薄膜状态下,各化合物于513-516nm处发射出亮蓝绿色光.循环伏安法研究显示:三种大π共轭分子在正、负向区域均表现出明显的氧化、还原现象.其中,5.65-5.70eV的电离势(Ip),与噻吩类有机半导体材料的空穴传输特征相符;电子亲和势(Ia)在2.74-2.88eV之间,与有机电子传输材料的特性相近,这利于电子从阴极的注入和传输.理论计算结果表明,该D-A-D型共轭分子共平面性好和电荷离域程度高,对光电功能材料的分子界面组装、载流子的有效传输和器件量子效率的提高十分有利.     

供/吸电子基团共轭桥联的双BODIPY衍生物的合成及性能

设计合成了4种对称的以不同供/吸电子基团为共轭桥、两端连接meso位苯或噻吩取代的新型氟化硼二吡咯甲川(BODIPY)衍生物;通过1H NMR,13C NMR和MS等手段对其进行了结构表征;并采用紫外吸收光谱、荧光发射光谱及循环伏安(CV)等方法研究了其光电性能.紫外光谱数据表明,BODIPY结构具有明显的特征吸收,中间的桥联基团无论是强供电子的苯并二噻吩(BDT)还是强吸电子的苯并噻二唑(BT)均不能使整个分子产生明显的分子内电子迁移(ICT).另一方面,meso位的取代基可与BODIPY核产生微弱的ICT,且meso位噻吩取代的分子比meso位苯环取代的分子表现出更强的ICT.紫外光谱数据和电化学测试结果表明,meso位噻吩取代的分子比meso位苯环取代的分子具有更低的氧化电位和更窄的能隙.     

己基取代的1,4-二(2-噻吩基)苯并[c]哒嗪合成与光谱性质研究

本文设计并合成了一系列含氮原子的缺电子芳香片段,包括以苯并哒嗪作为核心、以富电子噻吩衍生物作为共轭延长链的有机共轭小分子1,4-二(2-噻吩基)苯并[c]哒嗪(5a)、1,4-二[2-(3-己基噻吩基)]苯并[c]哒嗪(5b)和1,4-二[2-(5-己基噻吩基)]苯并[c]哒嗪(5c).通过紫外光谱和荧光光谱研究,证明在共轭体系中的不同位置引入烷基链,可以有效影响化合物的能隙,调节化合物的光电性质.     

新型芳并吡喃类多环化合物的合成与光谱性质研究

本文设计并经由分子内碳-碳偶联反应合成了一系列基于芳并吡喃供电子功能片段的有机功能小分子,包括萘并[2,1-b：6,5-b’]二苯并吡喃4a,萘并[2,1-b：6,5-b’]二萘并吡喃4b,萘并[2,1-b：6,5-b’]二[2-（5-己基噻吩基）]苯并吡喃4c。通过紫外光谱和荧光光谱研究表明,这类化合物在370~400 nm波长范围内具有最大紫外吸收,在417~462 nm波长范围内具有最大荧光发射。说明随着共轭平面的增大或共轭链长度的增加,化合物的吸收和荧光光谱均发生显著的红移,是一类具有丰富光电活性的有机功能分子。     

含吡啶端基9,10-双芳基蒽共轭分子的合成、聚集诱导荧光增强及双光子诱导荧光

通过Heck反应合成了2个以吡啶为端基的9,10-双芳基蒽共轭分子9,10-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基]氨基}苯乙烯基}蒽(4Py-PAA)和9,10-二{4-{4-[N,N-二(2-吡啶乙烯基)苯基]氨基}苯乙烯基}蒽(2Py-PAA),化合物结构经过1H NMR,13C NMR,HRMS-MALDI-TOF确证.测定了化合物在不同极性溶剂中的紫外吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命及量子产率,测算了4Py-PAA和2Py-PAA的偶极矩.通过循环伏安法研究了它们的前线轨道能级.测定了4Py-PAA和2Py-PAA的固体荧光光谱、固体荧光量子产率及在不同含水量的水/THF混合溶液中的荧光光谱.实验发现4Py-PAA在THF溶液中发出蓝绿色荧光,固体时发出红色荧光,在含水量为70%的水/THF混合溶剂中发出黄色荧光,荧光强度是纯四氢呋喃(THF)的3倍,呈现聚集荧光增强性质.在800 nm飞秒激光下采用双光子诱导荧光参比法测定了4Py-PAA和2Py-PAA在THF溶液中的双光子吸收截面分别为193和101 GM.实验结果表明含有2位和4位吡啶端基9,10-双芳基蒽共轭分子具有良好的荧光发射性能及双光子吸收性质.     

不同溶剂对方块菁染料(SQ-3)LB膜吸收及荧光光谱的影响

利用荧光光谱、紫外可见吸收光谱研究了方块菁染料在不同极性的溶剂中的光谱性质的变化,并利用LB膜技术、Brewster角显微镜及荧光光谱、紫外可见吸收光谱研究了不同极性的铺展溶剂对染料的铺展形态及制备的LB膜样品的光谱性能的影响,说明了分子组装在形成功能薄膜中的重要性.     

不同位置取代的三氰基乙烯基蒽的光谱行为的研究

本文设计合成了两个典型的共轭的电子给体与电子受体(D-A)化合物:2-三氰基乙烯基蒽(2-TCVA)与9-三氰基乙烯基蒽(9-TCVA),通过极性效应,温度效应对它们基态与激发态的光谱行为进行了表征。研究表明:这两个化合物均表现出显著的电荷转移(CT)吸收峰,分子受光激发后,9-TCVA只能在非极性溶剂中产生分子内电荷转移(ICT)态荧光,而2-TCVA在极性与非极性溶剂中都能从ICT态发光。另外,温度效应显示冻结态下,2-TCVA只发射ICT态荧光,而9-TCVA既发射类蒽(anthracene-like)荧光又发射ICT态荧光,造成这一现象的主要原因可能是2-TCVA与9-TCVA分子平面性上的差异而引起分子内电荷转移相互作用不同所致。文中还利用了Bilot-Kawski公式估算了化合物2-TCVA在激发态与基态时偶极矩的差值为18.8D。     

双希夫碱-N,N’-二(2-羟基-1-萘甲醛)缩-1,4-苯二胺的电子光谱和光致变色机理研究

测定了双希夫碱,N,N＇-二(2-羟基-1-萘甲醛)缩-1,4-苯二胺(BNP)在环己烷和乙腈中的稳态和瞬态吸收光谱以及稳态荧光光谱,讨论了光致变色机理.在非极性溶剂中,BNP以烯醇式为主要存在形式,最大吸收位于紫外区.在极性溶剂中,既有烯醇式,又有质子转移产物的吸收,但以前者为主.无论在极性还是非极性溶剂中,其荧光发射都是来源于质子转移产物的激发态.     

2-(2′-羟苯基)苯并噁唑氨基衍生物电子结构和光谱性质的理论研究

采用量子化学方法优化了间位和对位2-(2′-羟苯基)苯并噁唑氨基取代衍生物(4-AHBO和5-AHBO)基态的第一单重激发态所有可能的稳定构型, 分析了这些异构体在不同溶剂中的相对稳定性. 利用含时密度泛函理论(TDDFT)的不同泛函, 计算了4-AHBO和5-AHBO各异构体在溶剂中的吸收与发射光谱, 考察了它们的电子结构和光谱特征. 结果表明, 4-AHBO(5-AHBO)的双荧光不是由同一种异构体发射的, 而是来源于不同异构体的发射: 长波区的荧光由酮式构型发射, 短波区的发射则可能由四种醇式异构体共同产生. 另外, 也解释了5-AHBO在质子溶剂中光谱异常的原因, 分析了不同氨基取代位和溶剂极性的变化对各异构体构型、光谱性质及电子结构的影响. 理论预测的光谱与实验结果一致.     

螺二芴基可溶性共聚物的合成及发光性能

以9,9'-螺二芴和不同链长的二烷氧基苯为单体, 以FeCl3为催化剂, 采用化学氧化法合成了一系列聚合物发光材料. 溶解度测试表明, 共聚物在二氯甲烷、四氢呋喃(THF)、氯仿等极性溶剂中具有良好的溶解性. 利用核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱和荧光(PL)光谱研究了共聚物的化学结构和发光性能, 结果表明共聚物在二甲基亚砜(DMSO)中均发射蓝色荧光, 最大吸收和荧光发射峰分别为356和413 nm. 以硫酸奎宁溶液作为参比, 测得共聚物的荧光量子效率为0.69至0.77. 通过循环伏安法(CV)测得所合成的三种共聚物的最高占有分子轨道(HOMO)能级均位于-5.85至-5.69 eV之间.     

蓝光萘酰亚胺发光材料的合成与表征

通过在4位引入不同芳香基团,采用Suzuki和Stille偶联反应,设计与合成了一系列新型1,8-萘酰亚胺类荧光染料,并研究了它们的紫外-可见吸收、荧光发射和电化学行为等光物理性质。这些化合物在甲苯中均发射蓝色荧光,最大吸收和荧光发射峰分别在357～378和423～451nm之间,且随着芳香基团供电性增强,吸收和荧光发射波长发生红移。芳香基团的结构对化合物的发光效率影响很大,其中,取代基为甲氧基苯的化合物具有最高的荧光量子效率,可达0.98,而取代基为噻吩的化合物荧光量子效率最低,只有0.17。电化学循环伏安研究表明该类化合物具有较高的电子亲合力,不同芳香基团的引入只影响化合物的被占分子轨道(HOMO)能级,而对化合物的最低空分子轨道(LUMO)能级没有影响,即LUMO能级由1,8-萘酰亚胺单元决定。     

反,反-1,4-双[β-(4-取代苯基)乙烯基]苯衍生物紫外光谱的溶剂效应

测定了某些反,反-1,4-双[β-(4-取代苯基)乙烯基]苯衍生物在17种溶剂及不同比例的非极性混合溶剂中的紫外光谱,一般,最大吸收峰位置随溶剂的折光系数增大而红移,同时,在极性、非极性及不同比例非极性混合溶剂中紫外光谱的_(max)值与(n~2-1)/(2n~2+1)之间呈线性关系。     

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.     

二氰基乙烯基并三噻吩的光谱行为

本文设计合成了两种二氰基乙烯基并三噻吩化合物,即2-二氰基乙烯基二噻吩并[3,2-b:2’,3-’d]噻吩(DCTT)与2-二氰基乙烯基二噻吩并[2,3-b:3’,2-’d]噻吩(DCST).研究了介质极性对吸收与发射光谱行为的影响,考察了化合物的分子结构与其发光能力的关系.溶剂效应显示化合物DCST随介质的极性增加,分子内电荷转移态(ICT)的荧光发射峰位红移现象更为明显,展示出较大的Stokes位移.化合物DCTT随介质的极性增加,发光行为表现出负的溶致变色效应,与"能级邻近效应"有关.溶剂效应说明了DCTT分子中并三噻吩部分给出电子的能力较弱,而DCST分子中的并三噻吩部分给出电子的能力较强,是导致二者ICT态的发光能力的差异的主要原因.