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.     

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.     

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。     

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.     

2-糠醛缩N-乙基-3,6-二氨基咔唑双席夫碱的合成及其性能

以咔唑为起始原料经N-取代、硝化和还原反应制备中间体N-乙基-3,6-二氨基咔唑,然后以其与2-糠醛发生缩合反应制得新型双席夫碱化合物N-乙基-3,6-二(2-亚糠基亚氨基)咔唑,产率为72.36%。通过元素分析、FTIR、UV-Vis、1H NMR、溶液及固体荧光光谱、循环伏安(CV)和TG-DTA分析研究了标题化合物的分子结构、光物理特性、电化学特性和热稳定性。结果表明,化合物的DMF稀溶液在200~400 nm波段有较宽较强的紫外吸收;在365nm波长激发下,溶液发射深蓝色荧光,λem为446nm,固体荧光为λem=467nm的蓝色荧光,与溶液荧光相比固体荧光红移了21nm。由循环伏安测试得到产物的Eg=2.19e V,IP=4.99e V以及EA=2.80e V,说明其具有良好的空穴和电子传输材料性能。TG-DTA测试显示目标产物具有良好的热稳定性。该化合物在有机荧光、空穴注入传输材料以及电子传输材料方面具有潜在应用前景。     

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.     

基于1,3,5-三嗪的具有力致变色性质的聚集诱导荧光化合物的合成及性质

以1,3,5-三嗪为核, 四苯基乙烯为端基, 合成了两种新型的星状结构分子2,4,6-三(4-(1,2,2-三苯基乙烯基)苯基)-1,3,5-三嗪(TTPE-Tr)和2,4,6-三(4-(1,2,2-三苯基乙烯基)-4-联苯基)-1,3,5-三嗪(TTPE-Ph-Tr), 并利用核磁共振(NMR)、离子化质谱(MALDI-MS)及元素分析等对其进行了结构表征. 通过混合溶剂四氢呋喃(THF)/水析出实验显示, 化合物TTPE-Tr和TTPE-Ph-Tr在纯THF溶剂中无荧光, 而在THF/水混合溶剂中, 当水体积分数增加时呈现荧光增强现象. 通过紫外-可见(UV-Vis)光谱、荧光(PL)光谱、扫描电子显微镜(SEM)证实荧光量子效率的提高是由于分子内电子旋转受限(RIR)导致的. 同时发现化合物TTPE-Tr具有力致变色性质, 简单的研磨使其发光颜色(蓝绿光到黄绿光)及发光强度(Φ_F, 24.4%到14.7%)发生了明显的改变. UV-Vis光谱、PL光谱、X射线衍射(XRD)、荧光寿命和荧光量子效率等测试结果显示, 这种现象是由于力刺激改变了TTPE-Tr的分子堆积形式导致的. 热分析结果显示化合物TTPE-Tr和TTPE-Ph-Tr的热分解温度分别为464和385℃, 具有良好的热稳定性.     

高荧光量子效率三亚吡嗪衍生物的合成与性能

通过邻苯二胺衍生物和八水合环己六酮反应,设计合成了一系列三亚吡嗪稠环化合物。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和电化学循环伏安法测试技术考察了芳香取代基对这类分子的光谱性质和能带结构的影响。结果发现,芴和甲氧基苯芳香基团的引入使三亚吡嗪化合物的接收电子能力显著提高,LUMO能级从化合物1a的-3.50 eV降低到化合物1b的-3.68 eV和化合物1c的-3.66 eV,并伴随着吸收光谱和荧光光谱的显著红移,最大吸收和发射峰从化合物1a的413和432 nm红移到化合物1b的460和543 nm以及化合物1c的479和552 nm。同时,大尺寸芳香取代基的引入有效抑制了由于分子聚集而引起的荧光淬灭,使三亚吡嗪化合物的荧光量子效率从化合物1a的0.23提高到化合物1b的0.81和化合物1c的0.87。     

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.