含氮杂环化合物光电功能材料的合成及其性能研究

发布时间：2017-10-29 21:28

  本文关键词：含氮杂环化合物光电功能材料的合成及其性能研究

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【摘要】：本文以电子传输单元双苯并咪唑类化合物为主体,引入空穴传输单元三苯胺、咔唑类化合物组合在同一个分子中,设计并成功合成共8种未见文献报道的含氮杂环小分子光电功能材料,采用红外光谱、紫外-可见光谱和核磁氢谱对中间体及目标产物的结构进行表征,并通过荧光光谱、差热分析、循环伏安法对Y1-Y8的光学性能、电化学性能、热稳定性以及目标化合物在屏蔽紫外线和阳离子识别的应用进行了研究。具体研究内容如下:(1)通过取代、Vilsmerier-Haack甲酰化反应、Knoevenagel缩合反应等一系列化学修饰手段,将N取代咔唑醛、三苯胺醛、呋喃、含有不同取代基的苯甲醛引入到双苯并咪唑甲烷体系中,成功合成八种新型的乙烯型苯并咪唑类化合物:1,1-(二苯并咪唑基)-2-苯基乙烯(Y1)、1,1-(二苯并咪唑基)-2-对羟基苯乙烯(Y2)、1,1-(二苯并咪唑基)-2-邻羟基苯乙烯(Y3)、1,1-(二苯并咪唑基)-2-苯基-1,3-丁二烯(Y4)、1,1-(二苯并咪唑基)-2-呋喃乙烯(Y5)、1,1-二(苯并咪唑-2-基)-2-(三苯胺-4-基)乙烯(Y6)、1,1-二(苯并咪唑-2-基)-2-(N-苄基咔唑-3-基)乙烯(Y7)、1,1-二(苯并VA唑-2-基)-2-(N-苄基咔唑-3-基)乙烯(Y8)。(2)Y1-Y8的紫外吸收性能及荧光性能的测试研究:Y1-Y8紫外-可见光谱中的两个最大紫外吸收峰均在270-380 nm之间,几乎覆盖了UVA、UVB波段,说明这些化合物对日光紫外线吸收性能较好。Y1-Y8在不同溶液中的最大发射波长在436-488 nm左右,Y1、Y3、Y8发蓝色荧光,其他目标化合物发蓝绿色荧光,且Y3具有明显的AIE性能。另外通过研究Y1-Y3羟基取代基的变化发现,三者的紫外吸收波谱比较相似,但由于羟基的供电子效应导致最大紫外吸收波长出现不同程度的红移。与Y1相比Y2、Y3的荧光最大发射波长也发生了明显的红移,与其紫外-可见光谱的变化相同。其中与对位-OH取代的Y2相比,Y3又因羟基在邻位空间位阻较大导致有效共轭度降低,电子跃迁能垒变大,直接表现为荧光发射波长蓝移。与Y1相比,Y4中的丁二烯结构增大了苯并咪唑环与苯环的距离,让苯并咪唑环有宽大的空间伸展,其平面性比其他化合物更好,使得其荧光性能较好。(3)电化学性能测试结果表明:Y1-Y8的HOMO能级为-5.34--5.67 eV与正电极ITO(-4.5~-5.0 eV)的能级较匹配,LOMO能级为-2.47--2.95 eV接近于电子传输材料PBD(2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-l,3,4-VA二唑)的电子亲和势(-2.82 eV)。所以Y1-Y8同时具有电子注入和空穴传输性能即“双极性(bipolar)”性质,是一类有望用于OLED器件的新型双极发光材料。(4)TG-DTA测试结果表明:除Y4因含有丁二烯结构的热分解温度在180℃外,其余均在260℃以上均有较好的热稳定性。(5)目标产物应用研究结果表明:将本文合成的目标化合物Y1、Y2、Y4、Y6、Y7、Y8掺杂到PVB材料中,能有效地过滤290-400 nm的光,并且保证400nm-800 nm范围内可见光透过率在88%以上,是优良的屏蔽紫外线光功能材料,在屏蔽紫外线解决光污染有巨大的应用前景而且制备方法简单适合工业生产;随着PVB含量的减少目标化合物含量的增加,复合材料的荧光强度均逐渐增强,体现了与溶液荧光光谱完全不同的荧光反淬灭现象即AIE效应;乙烯型双苯并咪唑类化合物Y3、Y6、Y7、Y8对金属离子具有高度选择性可与其形成摩尔比络合物,并发生较强的荧光响应使得荧光强度变化存在明显差异,说明这些乙烯型双苯并咪唑类化合物在化学传感器应用方面有较大潜力,在重金属检测中有较大的应用前景;为合成发光性能优异的苯并咪唑类金属配合物提供思路。
【关键词】：合成 氮杂环 苯并咪唑 双极性材料 光物理性能
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O626
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 引言12
• 1.2 有机电致发光12-17
• 1.2.1 有机电致发光器件的发光原理13-14
• 1.2.2 有机电致发光材料的分类14-17
• 1.2.2.1 电子传输材料14-15
• 1.2.2.2 空穴传输材料15-16
• 1.2.2.3 双极性材料16-17
• 1.2.2.4 有机发光材料17
• 1.3 有机光电材料中的共轭结构17-18
• 1.4 含氮杂环类光电材料概述18-22
• 1.4.1 苯并唑类光电材料19-21
• 1.4.2 咔唑类光电材料21
• 1.4.3 三苯胺类光电材料21-22
• 1.4.4 基于Knoevengel缩合反应的双苯并唑类衍生物的合成22
• 1.5 有机小分子在PVB薄膜及阳离子识别的应用研究22-23
• 1.6 本论文的研究目的、意义和研究内容23-25
• 第二章 含氮杂环化合物光电功能材料的合成25-46
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-32
• 2.2.1 实验药品试剂26-28
• 2.2.2 实验仪器28
• 2.2.3 合成路线28-30
• 2.2.4 合成步骤30-32
• 2.2.5 产物的结构表征32
• 2.3 产物结构表征32-45
• 2.3.1 红外光谱32-37
• 2.3.2 核磁图谱37-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 含氮杂环化合物光电功能材料的性能测试研究46-64
• 3.1 引言46
• 3.2 产物的性能测试46-62
• 3.2.1 紫外吸收及溶液荧光47-54
• 3.2.2 不良溶剂体积比对产物溶液荧光性能的影响54-59
• 3.2.3 电化学性质59-60
• 3.2.4 热稳定性60-62
• 3.3 本章小结62-64
• 第四章 产物在PVB薄膜及阳离子识别的应用研究64-76
• 4.1 引言64
• 4.2 实验部分64-66
• 4.2.1 实验药品试剂64-65
• 4.2.2 实验仪器65
• 4.2.3 实验方法65-66
• 4.2.3.1 PVB/烯烃复合材料的合成方法65
• 4.2.3.2 合成步骤65-66
• 4.3 结果与讨论66-75
• 4.3.1 PVB/烯烃复合材料的透光率研究66-68
• 4.3.2 PVB/烯烃复合材料的荧光性能研究68-71
• 4.3.3 阳离子识别的应用研究71-75
• 4.3.3.1 Y3与金属离子作用71
• 4.3.3.2 Y6与金属离子作用71-73
• 4.3.3.3 Y7与金属离子作用73-74
• 4.3.3.4 Y8与金属离子作用74-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 全文总结76-78
• 参考文献78-85
• 致谢85-86
• 作者简介86

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