五元环修饰的并苯分子的设计合成、单晶分析及光电性质研究

发布时间：2019-09-24 11:35

【摘要】：有机并苯分子一般具有大的π-π共轭结构,良好的光学性能,能够应用于有机光电器件,例如:有机场效应晶体管(Organic Field-effect Transistor,OFET)、有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,OLED)、有机太阳能电池等。随着苯环数目增多,线型并苯分子能隙变窄,易被光激发,分子HOMO能级也随之逐渐升高,分子稳定性减弱。为解决此问题,本论文通过将五元环替代苯环植入并苯分子中,合成五元环修饰的并苯类分子。这类分子的电子高度离域化,分子能量降低,结构更稳定。此外论文还研究了该类分子的光学、电学以及热学性能,测试了终产物相关的器件性能。主要研究内容如下:1设计并合成了四个端基含有芘、萘、蒽、菲的扭曲并苯分子PyPy、PyN、Py A及PyPh。通过核磁共振氢谱(~1H NMR)、核磁共振碳谱(~(13)C NMR)、质谱(MALDI-TOF)证明结构正确。此外,通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis absorption spectra)、荧光光谱(Fluorescence spectra)对分子的光学性质进行了表征。循环伏安(CV)、热重分析分别对其电学及热学性质进行了研究。单晶证明了此类分子为扭曲拓扑结构。同时本章采用高频Z-扫描技术研究PyN,PyA,PyPy,PyPh的非线性光学行为,分子均表现出良好的光学响应。2通过经典有机化学反应合成了扭曲并苯功能化分子PySP,和环化产物PyDP。核磁共振氢谱(~1H NMR)、核磁共振碳谱(~(13)C NMR)、质谱(MALDI-TOF)证明分子结构正确。化合物PySP与PyDP在二氯甲烷溶液中分别发出强烈的蓝色及黄色荧光。循环伏安(CV)、热重分析(TGA)分别对其电学及热学性质进行了研究。将所得两个分子按比例混合后,作为功能层,测试其电致发光性能,结果表明器件发光层发出白色荧光。3利用Suzuki偶联反应、亲核取代反应合成了二维类并苯分子DMAT,单晶表明该分子具有平面结构,侧面2,4,6-三甲苯基的引入使分子之间没有π-π堆积作用。分子在二氯甲烷中发出红色荧光。通过热重分析(TGA)、循环伏安(CV)研究了分子的热学及电学性能。最后测试了化合物DMAT的自组装行为。4合成了含有五元环的十并苯分子PyPA、PyPH及Py PN,核磁共振氢谱(~1H NMR)、核磁共振碳谱(~(13)C NMR)、质谱(MALDI-TOF)证明结构正确。通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、荧光发射光谱(FL)研究了其光学性质。
【图文】：

分子结构图,红荧烯,石墨

第 1 章前言1.1 有机共轭分子简介有机共轭分子材料（如图1-1）是一类由碳、氢、氮、氧、硫等元素构成的有机材料。可分为 (1) 稠环芳烃，一维线型多并苯类[1-7]化合物；(2) 含有噻吩、呋喃、吡啶等杂原子的杂并苯类分子；(3) 含有电子给体-受体的功能分子等。有机分子结构多变、排列方式复杂，分为小分子及有机高分子。这类分子具有大π-共轭结构，且存在强的π-π堆积作用，其中的π电子可以在整个有机共轭体系中大范围的自由移动，表现出良好的光学性能；相对于无机材料分子，有机共轭分子结构可以自由的进行排列，修饰及剪裁[8-13]；此外，有机分子还具有成本低廉、结构多变等优点，因此被广泛应用，例如：双光子荧光成像、光学信息储存、光学微加工及光动力疗法等领域。随着现在有机化学和合成技术日渐成熟，研究人员可根据有机共轭材料结构-性能对其进行修饰

有机半导体材料,广泛应用

有机共轭分子材料还存在一些不足：有机材料种类繁多，但是实际上生产的只有一小部分；大多数有机半导体材料对环境比较敏感，尤其是n-空气接触时，可能会产生衰减，甚至性能消失；有机材料抗腐蚀能力差，可被有机溶剂溶解，这就要求进行加工的有机材料除了具有良好的性能外的抗腐蚀性能；相对于参数稳定性好的无机材料，有机共轭分子材料稳定半导体器件在成膜时界面上的细微差别容易导致电子迁移率、阈值电压参此后期制备过程中一方面可以增加一些覆盖层作为的保护膜，得到亚微米另一方面，可以在器件的界面之间引入一层缓冲层，，达到提高器件性能的有机半导体机光电功能材料按导电性能可分为有机绝缘体、有机半导体、有机导体和四大类。有机半导体[31-35]是一种导电能力介于绝缘体和半导体之间的有机率一般为 10-10～102Ω/cm。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O625.1

【参考文献】