硅杂环戊二烯并苯有机小分子化合物研究进展

硅杂环戊二烯并苯有机小分子结构的特殊性,赋予其独特的光电特性,在有机光电功能材料等领域具有广阔的应用前景.其中,并苯的刚性共平面结构可避免构象无序性、扩大π-共轭;硅杂环戊二烯能够形成σ*-π*共轭,可有效降低体系LUMO能级、提高电子亲合势.硅杂环戊二烯并苯有机小分子主要包括苯并噻咯、硅桥联对二苯乙烯衍生物、二苯并噻咯和双硅桥联对-三联苯等.综述了硅杂环戊二烯并苯小分子的合成方法、结构修饰、性能及应用的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

硅芴类化合物的合成及应用研究进展

近年来,芴类结构9-位为硅桥联的硅芴类化合物以其独特的电子结构和光电性能受到研究者们越来越多的关注,这类化合物在有机发光二极管(OLED)、聚合物太阳能电池(PSC)、有机场效应管(OFET)等光电功能材料领域有广泛的应用前景。本文主要对硅芴类化合物的合成方法、结构修饰、性能及应用研究的最新进展进行了综述。     

含Silole共轭聚合物的光电性能

Silole是一类含硅杂环戊二烯,近年来,由于其独特的结构特性、分子的可设计性及多样性,在光电领域得到越来越多研究者们的关注。某些silole小分子在有机发光二极管中用作发光层和电子传输层有出色的表现,但近来对含silole聚合物的研究也颇受重视,在聚集态诱导发光、化学传感器、聚合物发光二极管、聚合物太阳能电池、场效应晶体管中的应用相继有报道。因此silole是一类很有潜力的构筑光电功能材料的杂环化合物。本文根据其母体结构的不同对含silole的聚合物光电性能研究进展进行了综述。     

可见光催化有机硅的合成研究进展

硅杂化合物广泛存在于药物分子和具有特殊用途的功能材料中.与其同主族的全碳母体化合物相比,通常硅元素的存在赋予了相应的硅杂化合物特殊的生物活性和独特的物理化学性能.概述了近年来可见光催化有机硅的合成方法和策略,并对其反应机理和局限性予以分析和讨论.     

噻咯类有机小分子光电材料*

噻咯衍生物由于其特殊的σ*-π*共轭,具有较低的最低未占轨道（LUMO）,使得它在电致发光领域有着极大的应用前景。本文从材料合成的角度综述了1,1,2,3,4,5-六取代的噻咯、硅-桥联稠环体系、联噻吩噻咯和螺噻咯类小分子类光电材料的国内外所取得的一些最新进展,介绍了它们作为发光材料和电子传输材料在电致发光器件中的应用情况,讨论了硅原子的引入怎样调节杂环的电子结构,总结了分子结构的修饰对噻咯电子性能的影响。同时,对该领域的发展提出了一些想法。     

联萘酚衍生物的光电功能及其应用*

联萘酚及其衍生物具有C₂轴不对称性、修饰位点多、手性构型高度稳定等特点,在分子或离子识别、有机电致发光（OLED）、非线性光学以及分子机器等光电功能材料领域得到了广泛研究并展现出良好的应用前景。本文依据联萘酚衍生物光电功能材料分子结构的不同,总结了其结构修饰的设计原理、修饰方法及其应用,评述了各位点修饰材料的结构和光电性能的关系：单位点及多位点修饰的联萘酚,主要是通过氢键作用、光诱导电子转移（PET）等机理实现分子或离子识别,多应用于荧光化学传感器;双位点修饰的联萘酚,主要是利用扭转非平面结构和π共轭特性等调节光电性能,广泛应用于OLED;同样,基于C₂轴不对称性和手性诱导特性,联萘酚衍生物在非线性光学以及分子机器等领域也展现出良好的应用。最后,展望了联萘酚类光电功能材料的研究和发展方向。     

末端含三甲基硅基树枝状低聚苯的合成与表征

树枝状聚合物是一类结构有序、有特定分子量、末端可带活性官能团的多功能聚合物,其应用研究涉及信息贮存材料、高级催化剂、非线性光学材料、液晶材料、纳米材料、缓释药物载体、传感器材料、污水处理剂、分离膜及流变学改性剂等领域.以含多功能团的低聚苯为中心核,通过过渡金属催化的芳基偶联反应或Diels-Alder环加成反应,经“收敛法”或“发散法”可以制得结构准确、尺寸可控的树枝状聚苯纳米材料;另一方面,由于核心分子结构的多样性,可以设计、合成拓扑形态各异的树枝状聚苯应用于有机发光材料、有机磁性体、碟状液晶、管束状分子通道、分子识别、储氢材料及锂电池等领域,从而丰富其结构与性能关系的研究内容.因此,树枝状聚苯中心核的设计与合成在这类材料的应用研究中显得尤为重要.本工作设计与合成了一类树枝状聚苯的中心核12和13,其分子末端的生长点被三甲基硅基（TMS-）所保护;采用凝胶渗透色谱（GPC）和粉末X射线衍射等分析手段,以及与其母体结构,即末端不含三甲基硅基的模型化合物1,3,5-三（3＇,5＇-二苯基苯基）苯11进行比较,探讨了分子末端的三甲基硅基及其取代位置对树枝状低聚苯的凝胶渗透色谱行为和结晶性的影响.     

D-A型环金属铱(Ⅲ)配合物磷光材料的合成及其光电性能的研究

为获得非共轭连接的供体(D)与受体(A)结构对环金属配合物的光电性能影响的关系,设计合成了一类新型的基于咔唑和嚼二唑功能基的D-A型环金属铱配合物,并研究了这类材料的光电性能.研究结果显示:这类磷光材料与母体化合物二[2-(4',6'-二氟苯基)吡啶-C2,N'](吡啶-2-甲酸)合铱(Ⅲ)[(dfppy)2Ir(pi...     

从单分子到分子聚集态科学

有机光电功能材料的宏观性能不仅只依赖于基元分子自身的理化性质,还取决于其分子聚集行为和聚集态结构。在特定的聚集态结构中,分子间弱相互作用的加和与协同,可促进体系性能的拓展与质变,获得超越分子本征属性的功能。这凸显出当前化学研究逐步从关注单分子向分子聚集态科学转变,体现出分子聚集态研究的重要性。本文借助有机室温磷光性能对分子聚集态结构的高度灵敏性与响应性,系统探讨了分子聚集态结构的形成规律与核心影响因素。以此为基础,进一步拓展分子聚集态研究的应用领域,包括力致发光、有机二阶非线性光学、力致变色、有机发光二极管等,从静态调控到动态刺激响应(刺激源:力、热、光、电场等),从单一结构到多组分体系与器件,同时,确立了各种有机光功能材料的优势分子聚集形式,提出了聚集态调控的有效策略与研究思路,阐述了光电功能材料体系设计与合成的可控性与预见性。     

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料(英文)

通过经济有效的方法制备得到一种具有长循环寿命的高效稳定性硅/硅氧碳/无定形碳的复合负极材料结构.在这种结构中,以具有稳定化学性能的硅氧碳结构作为骨架,来支撑和隔离硅纳米颗粒结构.材料中包含的无定形碳组分可提高硅/硅氧碳结构的电导性能.这种复合负极结构在0.3C电流充放电情况下,不仅能发挥出637.3 mAh·g-1的比容量,而且在经过100周的充放电循环后,其容量保持率也达到86%.这种新型硅基负极材料的设计为其他功能材料的设计提供了一种潜在可能的方法.     

Si-O-C骨架支撑型高循环性能锂离子电池硅基负极材料

通过经济有效的方法制备得到一种具有长循环寿命的高效稳定性硅/硅氧碳/无定形碳的复合负极材料结构. 在这种结构中,以具有稳定化学性能的硅氧碳结构作为骨架,来支撑和隔离硅纳米颗粒结构. 材料中包含的无定形碳组分可提高硅/硅氧碳结构的电导性能. 这种复合负极结构在0.3C电流充放电情况下,不仅能发挥出637.3 mAh·g^-1的比容量,而且在经过100 周的充放电循环后,其容量保持率也达到86%. 这种新型硅基负极材料的设计为其他功能材料的设计提供了一种潜在可能的方法.     

硅杂四元环化合物的合成和反应

硅杂四元环化合物在有机硅化学中是一类非常重要的小分子环系化合物, 广泛应用于有机化学、金属有机化学以及材料化学. 环上只含有一个硅原子的硅杂环丁烷可以通过γ-卤代丙基硅烷的Grignard反应、Si＝C键与烯烃的 [2＋2]环加成反应以及硅杂环丙烷的扩环反应合成, 环上只含有一个硅原子的硅杂环丁烯可以通过格氏试剂或锂试剂参与的Si—C键的关环反应、硅杂环丁烷的转化反应、硅卡宾对C—H键的插入反应、Si＝C键与炔烃的[2＋2]环加成反应以及二炔基硅烷的分子内成环反应等途径合成. 硅杂环丁烷和硅杂环丁烯由于存在环张力和具有一定的Lewis酸性, 能够通过扩环反应生成五元和六元含硅杂环化合物, 也能够通过开环反应生成不同结构的有机硅分子和聚合物, 抑或实现有机反应在温和条件下的转化.     

新型噻咯共轭聚合物的合成及其光伏性能

噻咯(silole)是一类含硅的五元环二烯, 具有很好的电子亲和力、独特的聚集态诱导发光性质和优良的电致发光性能. 研究者发现将噻咯结构单元引入分子主链中, 能够获得具有特殊光电性能的聚合物材料. 本工作合成两种2,5位为二噻吩苯并噻二唑的新型噻咯单体, 通过与芴或硅芴双硼酸酯Suzuki偶联聚合, 制备四种主链型D-A(推-拉电子结构)共聚物PF-HSTBT, PF-HOSTBT, PSiF-HSTBT和PSiF-HOSTBT. 研究表明, 四种聚合物具有较好的吸收, 光学带隙均小于1.71 eV. 电化学分析测得四种聚合物的HOMO能级均小于-5.29 eV, 通过光学带隙计算得LUMO能级均高于-3.61 eV. 以四种聚合物分别作为电子给体材料, PC₆₁BM为受体材料, 制备了聚合物太阳能电池器件(PSCs). 由于聚合物PF-HOSTBT、PSiF-HOSTBT中的己氧基空间位阻较大, 分子平面规整性较差, 其最高光电转换效率分别为0.62%、0.83%; 而己基的空间位阻较小, 分子堆积紧密, 聚合物PF-HSTBT, PSiF-HSTBT的光伏性能较优, PSCs的最高光电转换效率分别为1.18%, 1.2%.     

外缘烷基链长对共轭有机小分子聚集行为及光电性质影响

改变分子化学结构和调控分子结构聚集态行为从而影响或改变材料的化学和物理性质, 是开发新型高效有机光电功能材料的重要手段. 在共轭有机分子外缘引入烷基链一般是为了改进材料溶解性能, 但近来的一些研究表明, 烷基链长对一些共轭有机小分子固态聚集行为和光电性质具有重要影响, 烷基链扮演着显著调控材料光电性质的“功能基团”作用. 本文以聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）/聚集强化荧光（aggregation enhanced emission, AEE）发射共轭有机小分子为重点, 对近年来有关烷基链长对共轭有机分子聚集形态和光电性质影响的一些典型事例进行评述, 旨在使人们在进行共轭有机分子设计合成及其结构与性能关系研究中能够关注烷基链的因素, 使烷基链变化作为功能导向晶态共轭有机材料设计合成及其可控制备的一种手段.     

硅取代并五苯的结构及磁性研究

本文中我们理论设计了一类硅取代并苯,并且采用DFT和CASSCF方法计算并分析了其结构和电子性质。研究表明,硅取代并苯从一个环到四个环仍保持闭壳层单重态(CS态)基态属性,扩展到五个环即硅取代并五苯时,体系开始以开壳层破损态单重态(BS态)为能量基态并具有明显的双自由基性质,这与母体并五苯是闭壳层\单重态基态的情况截然不同。同时,其BS态能量基态导致其内部具有明显的反铁磁性,这使得硅取代并五苯具有了构建磁性可控反铁磁性材料的应用潜力。这项工作为设计开发并苯基磁性材料提供了一个合理思路,具有一定的应用意义。     

有机物/硅杂化太阳能电池的研究进展

有机/无机杂化太阳能电池既可以兼容无机材料的高稳定性, 高载流子迁移率和成熟的制备工艺, 又可以利用有机材料分子结构的可塑性, 调节光谱吸收以及光学带隙, 以及简便的溶液制作过程, 具有取得高效率低成本太阳能电池的巨大潜力. 硅和有机物在低温下形成的异质结光伏电池吸引了广泛的研究, 目前最高光电转换效率已经达到13.8%. 而采用硅纳米线等纳米结构之后使在几十微米的低纯硅上制备高效太阳能电池成为可能, 柔性硅基底的杂化太阳能电池效率已经超过12%. 本文首先介绍了硅基杂化太阳能电池的结构、工作机理和使用的有机材料, 按硅的结构分为平面硅基和微纳结构硅基杂化太阳能电池, 重点概述了该类电池最近几年的发展状况, 分析了硅的结构、有机材料和制备工艺对器件性能的影响. 最后对众多研究方法进行了归纳总结, 对存在的问题和解决策略提出了展望.     

X射线单晶衍射研究系列功能七元杂环桥联联苯构象

含有七元杂环桥联联苯的π-共轭聚合物是重要的宽禁带光电材料, 其发光性质决定于两苯环间扭曲角. 利用X射线单晶衍射仪确定了系列功能的七元杂环桥联联苯化合物的晶体结构, 比较了桥联原子, 6,6位取代基及分子间弱氢键对这类桥联联苯扭曲构象的影响. 桥联键是—CH2—O—CH2—和—CH2—S—CH2—的七元杂环桥联联苯两苯环间的扭曲角分别为39°和51°, 在6,6位上含有不同取代基的双氧桥联七元杂环桥联联苯的扭曲角存在5°的差异. 在双氧桥联的七元杂环桥联联苯的二聚物中, 桥联的氧原子与非桥联的苯亚基-苯亚基2,2’位置上的两个氢原子之间形成的氢键网络结构导致中心联苯呈现平面构象, 但氢键并没有改变桥联联苯的构象. 七元杂环桥联联苯的构象主要由桥联原子决定, 同时分子间相互作用亦能轻微调控这类桥联联苯的扭曲角.     

芘分子共价修饰的硅纳米线制备及其发光性能表征

将功能分子共价链接于硅纳米线表面,是发展硅纳米线性能,获得新的硅纳米线器件材料的重要手段.但是对硅纳米线表面的修饰却存在产生不可控制的表面氧化层的缺点,因此有必要发展一种温和的新方法.本文通过羟基(—OH)与硅纳米线表面Si—H键反应生成Si—O—C键,从而在硅纳米线表面引入功能分子.并通过芘醇分子在硅纳米线表面的固定化,证明了这一方法能够温和地实现对硅纳米线表面的共价键修饰.     

硅锗酞菁聚合物的电子结构

在自洽场晶体轨道法全略微分重叠(SCFCNDO/2－CO)水平上对氧桥和硫桥一维链硅锗酞菁聚合物的能带结构和电子特性进行了研究,探讨了堆积酞菁环间交错角以及中心原子和桥原子的变化对电子特性的影响.计算结果表明,除前线带宽外,交错角变化对所研究的聚酞菁电子特性影响不大.晶体轨道分析表明,氧桥聚酞菁电荷载流子主要通过垂直酞菁环π轨道的纵向重叠导电通路流动,而硫桥聚酞菁导带电子还可经中心原子和桥原子的d轨道重叠通路迁移.     

硅杂环戊二烯的合成及应用研究进展

硅杂环戊二烯是一种含硅的五元环,是环戊二烯的类似物,由于其具有特殊的电子结构,在许多方面有广泛的应用.综述了硅杂环戊二烯化合物的合成方法,作为光电材料、化学传感器及生物传感器等方面的应用研究进展.最后,对硅杂环戊二烯的研究方向提出了展望.