不对称刚性扭曲菲并咪唑分子的设计合成及其深蓝电致发光性能研究

本研究通过不对称、刚性扭曲的分子设计理念,合成了高效深蓝有机电致发光材料MBTPI。该化合物具有很高的分解温度(496℃)与玻璃转化温度(190℃),有利于提高器件的稳定性;不对称刚性扭曲的分子构型有效控制了分子的整体共轭程度,使发光波长在深蓝光区,固体发光量子产率高达74%。理论计算验证了分子不对称扭曲的构型,并且发现甲基的引入对前线轨道分布影响不大,分子保留了较好的双极性质。基于MBTPI的非掺杂器件发射出非常高效的深蓝光。色纯度为(0.15,0.07),非常接近NTSC的蓝光标准(0.14,0.08)。最大外量子效率为4.91%,并且效率滚降很小,为性能最好的非掺杂深蓝光器件之一。     

含噻吩单元的硅芴共聚物的合成及其蓝色电致发光性能

将少量(摩尔分数为1%—3％)含噻吩的窄带隙单体和宽带隙硅芴单体进行共聚, 合成了聚{9,9-二己基-3,6-硅芴-co-[2,5-二(2-甲基苯撑-4-基)-噻吩]}和聚{9,9-二己基-3,6-硅芴-co-[2,5-二(2-苯撑-4-基)-噻吩]}两类硅芴共聚物, 通过紫外-可见吸收光谱、光致发光光谱, 并制作聚合物发光二极管器件测试电致发光光谱等手段, 系统表征了两类硅芴共聚物材料的性能. 实验结果表明, 噻吩的加入形成了新的蓝色发光中心, 并且实现了从硅芴链段到含噻吩发光中心的有效能量转移. 通过增加发光中心结构的空间位阻来减小其共轭程度, 可以使聚合物的PL和EL光谱发生较大蓝移. 最终得到了效率为0.46%和色坐标(CIE)为(0.19, 0.16)的蓝光LED器件.     

二苯磷酰基取代四苯基硅的合成及在构筑宽禁带聚合物中的应用

设计并合成了二苯磷酰基取代的四苯基硅基团,并将其作为宽禁带聚合物母体材料构筑基元,通过Suzuki反应偶连3,6位取代的咔唑合成了聚合物SiCzP.对聚合物的结构进行了系统的表征.与模型聚合物SiCz相比,二苯磷酰基的强吸电子能力,降低聚合物母体材料的LUMO能级,更有利于电子的注入.SiCzP与SiCz的玻璃化转变温度分别为219与227℃,失重5%时的分解温度分别为441与426℃.二者均具有良好的成膜性,掺杂器件初步结果表明,二苯磷酰基的引入使器件的亮度和效率都得到提高,其最大流明效率和功率效率比SiCz分别提高了98%和75%.     

含菲并咪唑基团的蓝色电致发光材料

菲并咪唑作为一类新型的蓝色荧光材料的构筑基元, 其以合适的禁带宽度、 较高的发光效率、 优异的光热稳定性和相对平衡的载流子注入和传输能力, 引起广泛关注. 发展性能优良的蓝光材料对有机电致发光器件的进一步应用十分重要. 本文综述了近年来基于菲并咪唑基团的蓝色电致发光材料的研究进展, 系统地介绍了菲并咪唑基团的结构特征以及各类衍生物的器件性能, 展望了这类化合物在电致发光领域的应用前景.     

含扭曲并苯结构的线性聚合物合成及光电性能

将扭曲并苯分子单元引入到聚合物中能够有效减弱聚合物固相下聚集,为发展高荧光的有机显示材料提供新的思路,为此,通过经典Suzuki偶联反应,合成了四种新型的含有扭曲并苯分子的线性聚合物(P1-P4)。在四氢呋喃溶剂和固体薄膜下,聚合物在302-417 nm处有两个宽的吸收峰,峰形状类似, 发出蓝色荧光,且薄膜的发射波长红移。四种聚合物重量损失为5%时的温度都高于350℃,表明都具有良好的热稳定性。通过循环伏安法测定其电化学行为。     

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。     

含氟硅聚合物的合成及应用

含氟硅聚合物作为一种新型材料,有机结合了含氟聚合物和含硅聚合物的优点,成为材料领域研究开发的热点之一。本文综述了含氟硅聚合物合成的研究进展,介绍了其应用情况。     

含Ullazine结构基元的共轭聚合物的合成及其光电性能研究

将Ullazine结构基元引入到聚合物主链或侧链中,分别与吡咯并吡咯二酮(DPP)、2,5-双(三甲基锡)噻吩共聚得到了二元共聚物PB和三元共聚物PT,分别利用凝胶渗透色谱和热重分析表征了聚合物的分子量和热稳定性,并研究了聚合物的光物理、电化学和光伏性能.基于共聚物PB和PT作为电子给体材料的聚合物太阳能电池器件测试结果表明,二元共聚物PB由于具有较低的能级水平从而获得较高开路电压,而侧链含Ullazine结构基元的三元共聚物PT具有更宽的吸收光谱和更高的空穴迁移率,获得了更高的短路电流和能量转换效率.     

胺烷基侧链取代三苯胺类红光聚合物的合成及性能研究

通过Suzuki偶合反应合成了一系列胺烷基侧链取代的基于三苯胺和芴的共轭聚合物聚[4-(N,N-二甲基胺丙氧基)苯-4,4′-二苯胺-9,9-二辛基芴-4,7-二噻吩-2-基-2,1,3-苯并噻二唑](PFTD), 并对其化学结构和光电性能进行了表征. 末端胺基的存在提高了此类聚合物作为发光层应用于聚合物电致发光器件的性能(采用高功函数的金属铝作为阴极时). 结构为ITO/PVK/PFTD-5(DBT摩尔分数为5%时的聚合物)/Al的器件最大电致发射峰位于647 nm, 最大外量子效率达到了1.24%.     

含金属配合物的共轭聚合物研究进展

综述了含金属共轭聚合物材料在分子结构设计、性能及在光电子器件领域应用等方面的最新研究进展,主要阐明了共轭聚合物或低聚物的结构和金属配合物生色团对含金属共轭聚合物材料光电特性等物理性质的影响,并指出了这类聚合物在电致发光器件及聚合物光伏器件中的潜在应用价值。     

含胺烷基侧链的共轭磷光聚芴的合成、表征及其光电性能研究

通过Suzuki聚合反应合成了一种新型的含磷光单元的主链型聚芴类聚合物, 对其进行了表征分析, 并且研究了其在薄膜状态下的光学性质. 在以这种聚合物作为电致发光器件的发光层时, 用高功函数金属铝(Al)作为器件阴极时可以获得和用低功函数金属钡(Ba)作为阴极时相当的器件性能.     

光电功能配位化合物的分子设计和合成

本文分别从分子导电、光电转化、铁电、磁性和多功能等方面,简要介绍了我们科研群体近十年来在光电功能配位化合物的分子设计与合成研究方面取得的进展。     

以铱配合物为核、3,6-咔唑为枝的超支化电磷光聚合物的合成与发光性能

采用Suzuki缩聚反应制备了以铱配合物为核、3,6-咔唑为枝的超支化电磷光聚合物(PCzIrMppy1和PCzIrMppy3). 超支化聚合物PCzIrMppy3的光致发光量子效率为62%, HOMO能级为-5.22 eV, 接近阳极ITO/PEDOT∶PSS的能级(-5.20 eV), 表明其优异的空穴注入性能. 以PCzIrMppy3聚合物为发光层制备的绿光电磷光电致发光器件ITO/PEDOT∶PSS/Emissive layer/CsF/Al的最大电流效率为10.4 cd/A, 最大亮度为34758 cd/m². 此外, 器件的效率随电流密度的衰减较慢, 说明这种超支化结构可有效减少高电流密度下的浓度猝灭.     

A Multifluorination Strategy Toward Wide Bandgap Polymers for Highly Efficient Organic Solar Cells

Creating new electron-deficient unit is highly demanded to develop high-performance polymer donors for non-fullerene organic solar cells (OSCs). Herein, we reported a multifluorinated unit 4,5,6,7-tetrafluoronaphtho[2,1-b : 3,4-b′]dithio-phene (FNT) and its polymers PFNT-F and PFNT-Cl. The advantages of multifluorination: (1) it enables the polymers to exhibit low-lying HOMO (≈−5.5 eV) and wide band gap (≈2.0 eV); (2) the short interactions (F⋅⋅⋅H, F⋅⋅⋅F) endow the polymers with properties of high film crystallinity and efficient hole transport; (3) well miscibility with NFAs that leads to a more well-defined nanofibrous morphology and face-on orientation in the blend films. Therefore, the PFNT-F/Cl : N3 based OSCs exhibit impressive FF values of 0.80, and remarkable PCEs of 17.53 % and 18.10 %, which make them ranked the best donor materials in OSCs. This work offers new insights into the rational design of high-performance polymers by multifluorination strategy.     

聚合物光电功能材料的合成与器件探索

在本实验室以前工作的基础上,利用Wittig反应和Wittig-Horner反应,合成了含有三苯胺单元的交替共聚物,它们具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性,是一类具有较高效率的发绿光材料.通过在聚合物中引入芴和联苯的结构以及在PPV单元上引入不同链长的侧基等,研究了聚合物的几何构型以及位阻等因素对材料性质的影响.通过三元共聚研究了聚合物链中三苯胺含量对发光性能的影响,其中以三苯胺、PPV和二甲氧基PPV组成的三元共聚物在聚合物LED中得到了良好的电致发光性能.     

新型光学功能聚磷腈和聚硅氧烷的设计、合成与性能研究

本论文叙述两类光学功能高分子的设计、合成、结构与光学性能.这两类高分子的主链分别是聚磷腈和聚硅氧烷,所研究的光学性能主要是二阶非线性光学性能,另外还研究了高分子的发光性能.     

The Synthesis and Optoelectronic Applications for Tellurophene-Based Small Molecules and Polymers

Tellurophene-based small molecules and polymers have received great attentions owing to their applications in thin-film transistors, solar cells, and sensors. This article reviews the current progress of the synthesis and applications of tellurophene-based small molecules and polymers. The physicochemical properties and optoelectronic applications of tellurophene-based materials are summarized and discussed. In the end, the challenges and outlook of tellurophene-based materials are presented.     

Developing Wide Bandgap Polymers Based on Sole Benzodithiophene Units for Efficient Polymer Solar Cells

In this work, a series of sole benzodithiophene-based wide band gap polymer donors, namely PBDTT, PBDTS, PBDTF and PBDTCl, were developed for efficient polymer solar cells (PSCs) by varying the heteroatoms into the conjugated side chains. The effects of sulfuration, fluorination and chlorination were also investigated systematically on the overall properties of these BDT-based polymers. The HOMO levels could be lowered gradually by introducing sulfur, fluorine and chlorine atoms into the side chains, which contributed to the stepwise increased V_oc (from 0.78 V to 0.84 V) in the related PSCs using Y6 as the electron acceptor. This side-chain engineering strategy could promote the polymer chain interactions and fine-tune the phase separation of active blends, leading to enhanced absorption, ordered molecular packing and crystallinity. Among them, the chlorinated PBDTCl exhibited not only high level absorption and crystallinity, but also the most balanced hole/electron charge transport and the most optimized morphology, giving rise to the best PCE of 13.46 % with a V_oc of 0.84 V, a J_sc of 23.16 mA cm⁻² and an FF of 69.2 %. The chlorination strategy afforded PBDTCl synthetic simplicity but high efficiency, showing its promising photovoltaic applications for realizing low-cost practical PSCs in near future.