多元杂环萘二酰亚胺衍生物的合成及其场效应性能研究

杂环修饰的萘二酰亚胺(NDI)类化合物由于其独特的光电性能被研究人员广泛关注,并应用于有机场效应晶体管(OFETs)、有机太阳能电池中(OSCs)、传感器等领域。但是含有给受体单元的多元杂环萘二酰亚胺衍生物的合成并不容易,本文通过简单高效的方法设计合成了含有氮、硫原子的11个杂环类萘二酰亚胺衍生物,并通过紫外可见吸收光谱、循环伏安曲线和X射线衍射对其进行了物性研究。通过溶液旋涂法,制备了该材料的底栅底接触场效应晶体管器件,在空气中表现出p型半导体性能,当退火温度为140 ℃时性能达到最优,其空穴迁移率为0.2 cm_²?V_^-1?s_^-1。     

含硒杂环萘二酰亚胺衍生物的合成及其场效应性能研究

萘二酰亚胺(NDI)类化合物由于其较好的平面性和较强的接受电子能力,被广泛应用于有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池中(OSCs).然而,高迁移率的n型和双极性NDI类半导体材料较少.基于此,本文设计合成了核位硒杂环修饰的NDI衍生物,通过引入1,2-二硒苯和1,2-二硒萘基团,对其能级进行了有效的调控,获得...     

酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

有机半导体材料具有来源丰富、化学结构可裁剪、柔韧性较高、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等优点, 极大地拓展了电子器件的功能与应用. 然而, 电子传输型(n型)有机半导体在分子多样性、载流子迁移率和空气稳定性方面远远落后于空穴传输型(p型)半导体, 从而阻碍了双极晶体管、p-n结和有机互补电路的发展. 酰胺或酰亚胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势, 是构建高性能n型有机半导体的重要策略. 本综述总结了近年来萘二酰亚胺类、苝二酰亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、异靛蓝类和其他酰胺/酰亚胺类小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展, 从分子设计角度出发, 深入讨论了分子结构如何改变分子前线轨道能级、分子间相互作用力、聚集态结构、器件稳定性和电学性能, 最后对其未来的发展方向和面临的挑战进行了展望.     

6,12-二(三乙基硅乙炔基)二苯并苯并二噻吩的合成、表征及性能研究

合成了6,12-二(三乙基硅乙炔基)二苯并[d,d’]苯并[1,2-b;4,5-b’]二噻吩,并通过熔点测定、元素分析、核磁共振谱、质谱及X-单晶衍射分析对其进行了表征,同时对其作为有机场效应管(OFET)材料的性能进行了测试.结果表明,该材料在器件中载流子迁移率高达0.53 cm2/Vs,开关比为105.     

基于荧蒽酰亚胺的立构规整共轭高分子的合成与场效应晶体管性能

荧蒽是一种典型的具有高度平面结构的稠环芳烃,中心独特的五元环赋予了它缺电子特性,因此非常适合用于构筑稠环酰亚胺类受体砌块。然而,由于功能化位置受限,荧蒽酰亚胺砌块还未能成功用于共轭高分子的构建。本工作基于一种具有不对称结构的2,3-酰亚胺荧蒽砌块,成功构建了两个新型给受体(D-A)型共轭高分子,即无规结构的PF1以及立构规整结构的PF2,并详细表征了它们的光物理性质以及场效应晶体管器件性能。研究发现,PF2由于立构规整结构形成了相对有序的分子聚集以及更加优异的薄膜形貌,所制备的场效应晶体管器件表现出1.72×10^-5 cm²·V^-1·s^-1的空穴迁移率,而基于无规PF1制备的场效应晶体管则未能测出器件性能。本工作不仅表明2,3-酰亚胺荧蒽作为受体砌块在构建新型D-A型高分子半导体上具有一定的发展潜力,且进一步证实了分子规整性对分子堆积行为和光电性能的关键影响。     

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.     

含杂原子的并五苯类似物合成及场效应性能研究

以N,N'-二苯基-1,4-苯二胺为原料, 合成了含硫和氮杂原子的并五苯类似物, 用可见-紫外吸收光谱和电化学测试对这类化合物进行表征, 确定了其光学带隙及轨道能级, 与并五苯相比它们具有低的最高占用分子轨道能级. 得到了三苯并二噻嗪的单晶结构, 分子具有平面结构, 分子间具有强的π…π相互作用和N…S相互作用. 首次将该类并五苯类似物应用于有机薄膜场效应晶体管中, 器件显示好的场效应特性, 迁移率为0.01 cm²·V^-1·s^-1.     

掺杂在有机场效应晶体管中的应用进展

有机场效应晶体管(OFETs)作为一种新型的电子器件,以其柔性、可大规模简单制备等优势获得了广泛的关注。 但是,OFETs面临着器件性能不足、调控手段复杂等问题。人们尝试使用掺杂对这些问题加以解决。 本文结合本课题组的相关工作,对掺杂技术在OFETs上的应用进行归纳、总结和展望。     

有机半导体薄膜空间电荷分布对晶体管性能影响的研究进展

有机场效应晶体管(OFETs)是下一代柔性电子产业的基础元件,具有可弯曲、透明、低成本、可溶液加工等优良特性,并逐渐开始应用于生物传感器、柔性显示等领域。 然而,OFETs仍存在如工作电流小、跨导小、开关比低、空气稳定性差等问题,限制了其进一步的发展。 OFETs器件的性能主要受到导电沟道中电荷和电流分布的影响,若能通过外加手段,调控沟道中的电荷和电流分布,可能获得具有更高性能或新机理的器件。 本文结合课题组内的工作,对国内外该领域的最新进展进行综述和展望。     

疏水基底表面可控生长有机单晶阵列用于高性能晶体管

有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管等光电器件有望实现低成本柔性光电子应用,但低成本潜力取决于基于溶液法大面积沉积有机半导体单晶(OSSC)阵列的能力.然而,差的表面润湿行为和复杂的流体动力学过程限制了溶液沉积大面积OSSC阵列.本文中,我们通过添加微量的表面活性剂改善了润湿性能和流体干燥动力学,并增强了有机...     

硼氮杂稠环化合物的合成与电子学应用

有机半导体材料的开发为有机电子学的发展提供了材料基础。杂原子的引入进一步丰富了材料的种类和数量。作为CC单元的等电子体,BN单元对有机半导体材料的性能调节受到了科学家们的关注。本文主要介绍了有机共轭体系中BN单键的构筑方法,以及这类硼氮杂稠环分子在有机电子学领域的应用。     

Synthesis and Characterization of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons with Different Spatial Constructions Based on Hexaphenylbenzene Derivatives

In recent years, low‐bandgap polymers have attracted much attention in a wide range of fields. The synthesis of these compounds has been focused on three factors according to the Roncali bandgap theory: 1) the degree of bond‐length alternation (E ^δr), 2) the aromatic resonance energy of the cycle (E ^Res), and 3) the substituted groups (E ^Sub). Herein, we have designed and prepared low‐bandgap polymers in a different way by using the factors E ^θ (the deviation from planarity of the polymer chain) and E ^Int (the interaction of the molecular chains in the solid state). Thus, three polycyclic aromatic hydrocarbons with different spatial constructions, based on hexaphenylbenzene derivatives, were prepared in this work: linear ( P1‐OX ), V ( P2‐OX ), and zigzag ( P3‐OX ) types. These well‐defined polymers exhibited interesting optical and electrochemistry behavior due to their different extents of planarity. Matrix‐assisted laser desorption ionization time‐of‐flight mass spectrometry gave the incremental orderly molecular weight distributions of P1 , P2 , and P3 , the weight‐average molecular weights ( ) of which were 9000, 5500, and 69 000, respectively. Their lamellar layer structures and π–π intermolecular stacking were demonstrated by using two‐dimensional grazing‐incidence X‐ray diffraction, which revealed the edge‐on chain conformation. Finally, the materials were perfectly adapted to fabricate high‐performance organic field‐effect transistor devices, which revealed that these compounds could have great prospects as semiconductors.     

有机薄膜晶体管半导体材料的研究进展

有机薄膜晶体管(organic thin-film transistors,OTFTs)具有工艺简单、成本低及柔性良好等优点,在有源显示、传感及逻辑电路等领域有着十分重要的应用前景.实用性有机薄膜晶体管应具备高迁移率、高开关比、低阈值电压及良好的稳定性等性能.有机半导体材料是有机薄膜晶体管的主要组成部分,对器件的性能有着重要影响.介绍了有机薄膜晶体管的基本结构和运行模式,按照p型、n型及双极性分类总结了有机薄膜晶体管半导体材料的研究进展情况,最后对有机半导体材料的前景进行了展望.     

脉冲激光溅射合成全氯代多环芳烃

受Ｋｒａｔｓｃｈｅｒ等［１］电弧法合成Ｃ６０工作的启发,本课题组近年来以独创的液相电弧、微波放电等方法,合成了Ｃ５０及其多种全氯代碎片［２－５］．本文通过我们最近发展的脉冲激光溅射方法在四氯化碳的蒸汽中溅射石墨,得到丰富的克量级产物．这些产物经ＨＰＬＣ－ＵＶ－ＭＳ联用技术,表征为全氯代多环芳烃．其中部分物质含有五元环,可以看作是富勒烯形成过程中产生的全氯代碎片,该研究结果不仅有助于了解富勒烯的形成机理,而且展示了激光溅射合成法应用前景．１实验部分 实验在特制的反应装置上进行,所用的脉冲激光为Ｑ－…     

可作为碳纳米管片段的共轭芳烃大环的设计合成

设计合成可作为碳纳米管片段的共轭芳烃大环近年来吸引了化学家们广泛的研究兴趣,人们希望从这些共轭芳烃大环出发,通过利用“自下而上”的策略合成单壁碳纳米管。需要指出的是,传统制备碳纳米管的方法,如电弧法、化学气相沉积法等,都很难形成均一的单壁碳纳米管。而这种“自下而上”的策略为高效合成尺寸均一的单壁碳纳米管提供了可行的方法,这种合成方法因此成为了当下合成单壁碳纳米管的热点,但也仍是一大挑战。本文从二维碳纳米环、碳纳米带和三维碳纳米笼三个方面概述关于这类共轭芳烃大环研究的新进展,着重介绍了共轭碳纳米环的设计原则和合成方法,并突出介绍了多环芳烃碳纳米环。多环芳烃通常具有优良的光电性质,以其为基元构筑的共轭碳纳米结构不仅可以作为碳纳米管的合成前体,而且其自身也会表现出新的光电性质。     

Amino-Functionalization of Vinyl-Substituted Aromatic Diimides by Quantitative and Catalyst-Free Hydroamination**

Development of facile and versatile synthetic tools for decorating π-conjugated molecules has attracted considerable interest because of their potential application in creating novel functional π-systems. Reported herein are quantitative catalyst-free hydroamination reactions of a series of aromatic diimide compounds having vinyl groups at the π-core, which have been confirmed by NMR, UV-vis absorption spectroscopy, mass analysis, and single-crystal X-ray structural analysis. Kinetic studies revealed that the hydroamination reaction of a vinyl-substituted naphthalenediimide with an aliphatic amine proceeded rapidly under benign conditions. Similarly, the two vinyl groups attached to aromatic diimides reacted with amines simultaneously, resulting in the formation of amine bisadducts and macromolecules. An amino group appended perylenediimide through an ethylene spacer at the π-core exhibited distinct fluorescence switching in response to acid and base.     

Synthesis of Oxidized Nitro-Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

A series of phenolic and cis-dihydrodiol derivatives of 6-nitrobenzo[a] pyrene and 7-nitrobenz[a]anthracene were synthesized. The common structural feature of these compounds is that their nitro groups are perpendicular or near perpendicular to the aromatic moieties. From the synthesis of these compounds, it was found that an acetoxy group does not affect the regioselectivity of electrophilic nitration to a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and that a nitro substituent can substantially reduce the concerted electrophilic 1,2-addition of osmium tetroxide to the most olefinic aromatic double bond of a PAH.     

有机微纳米材料的设计策略、加工及应用

有机微纳米材料是一类新型的材料体系,具备了传统体相有机材料诸多特点,同时由于尺寸效应表现出独特的物理化学特性,因而在最近几年引起了广泛的关注。相比传统的无机微纳米材料体系,有机微纳米材料构筑单元选择广泛、可调控性强、加工成本低以及易于大规模加工,目前已被应用在有机场效应晶体管、有机光伏太阳能电池等方面。本文总结了有机微纳米材料的加工方法,利用超分子化学的概念探讨了有机微纳米材料的分子设计思路,以及有机微纳米材料的生长机理,并介绍了其相关应用。     

醌式杂环化合物的设计、合成及应用性能研究进展

醌式杂环(噻吩、吡咯、呋喃等)分子具有结构刚性、最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占据分子轨道(LUMO)能级低、能级带隙窄和摩尔消光系数高等特点.醌式分子因其结构平面性特点,分子间作用力较强,因而分子间电荷传输能力强.目前,醌式杂环分子已成为有机半导体材料领域特别是有机场效应晶体管领域的研究热点.根据醌式杂环分子的结构特点,以端基为分类依据,综述了近年来醌式杂环化合物在分子设计、合成及应用性能等方面的研究进展,并展望了醌式杂环分子的发展前景.     

Coronenes,Benzocoronenes and Beyond: Modern Aspects of Their Syntheses,Properties, and Applications

In recent years, a variety of new designs of coronene-based polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with diverse functions have emerged to serve as complementary materials in organic chemistry and materials chemistry. In the present review, we highlight the modern aspects of syntheses related to or different from the strategies used in the early era of coronene research. Systematic extension and expansion of coronene backbones to wide categories of angular PAHs are covered. The substitution and extension of coronene architectures, by incorporating functional groups and by fusing small and large conjugated units, advatangeously enrich their photophysical, electrochemical, self-assembling, and other properties, of which are discussed to demostrate their impact in materials chemistry. While the highly symmetric coronenes, tribenzocoronenes and hexabenzocoronenes conceived wide potential in charge-transporting, electroluminescent, sensing, and other applications, other related derivatives such as dibenzo, tetrabenzo and pentabenzocoronenes also displayed their potentials as exemplified by their use as charge-conduction channel in transistor application.