菲醌的化学及衍生物的光电功能

论文摘要

有机染料作为光电功能材料的物质基础,以其丰富的化学结构、广泛的原料来源和多样的功能性,推动着整个光电领域的飞速发展。9,10-菲醌,作为有机染料中醌类家族的重要一员,在光化学、电化学及有机合成等领域扮演着极其重要的角色。菲醌的邻位羰基结构和高共轭的菲平面,使其具有很好的电荷分散能力,常被作为电化学研究中的模型化合物；独特的三线态活性使其在光动力学和光化学反应中具有重要的意义。而菲醌丰富的化学性质和多样的衍生物结构使其在光电功能化合物合成中有着广泛的应用。大部分关于菲醌研究工作是基于某种特定的功能,全面系统的对菲醌化学及其衍生物结构和功能间的关系研究却较少,还没有对这种化合物进行充分认识,限制了其在光电材料领域进一步发展。本论文从菲醌的基本化学结构出发,通过对菲醌研究现状的全面总结,选择两类衍生物结构,细致地探讨了菲醌的化学及衍生物在光电功能材料领域的应用。从菲醌与邻二胺类物质反应机理出发,制备了一类具有高反应活性的高分子母体材料。通过与不同共轭程度的邻二胺类物质的原位化学反应,第一次实现了对单一聚合物的化学结构、荧光性质、能级结构和电子注入性质的多重调节；一定程度上丰富了聚合物合成方法学,拓展了菲醌在合成化学中的应用。菲并嗪是一类重要的菲醌衍生物,常被作为分子内受体单元或载流子传输基元。为了充分利用其结构功能优势,将其作为共轭单元应用于宽吸收、窄禁带材料的制备。通过对其合成过程优化,得到了两类结构新颖的窄禁带聚合物材料。从P2吸收光谱的起始峰位估计其禁带宽度为1.21 eV；热力学分析和形貌学表征显示,材料具有较好的稳定性和成膜性；光伏器件测试结果显示,两者均可以测得明显的光电流,P2的光电转换效率可以达到1.26%。菲并咪唑作为另一类重要的菲醌衍生物常被用于分子识别和荧光检测等领域的研究。本文通过引入芳香胺参与反应一步得到的全芳基菲并咪唑单元,并首次将其应用于构筑有机发光材料。对一系列齐聚物（PPI系列）和聚合物（PFPIM系列）材料表征显示,该基团在保持高效的荧光效率、提高热力学性能和调节能级上贡献突出,是一类优异的蓝色荧光材料构筑基元。

论文目录

• 内容提要
• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 有机染料和光电功能材料
• 1.1.1 有机光电功能材料和器件
• 1.1.2 醌及醌的化学和光电功能材料
• 1.2 菲醌的种类、性质与应用
• 1.2.1 菲醌的主要结构和相关应用
• 1.2.1.1 （1,4）-菲醌
• 1.2.1.2 （3,4）-菲醌
• 1.2.1.3 （9,10）-菲醌
• 1.2.2 菲醌的合成
• 1.2.3 菲醌的基本性质及其应用
• 1.2.3.1 菲醌光化学性质的研究
• 1.2.3.2 菲醌电化学性质的研究
• 1.2.3.3 菲醌聚集体性质的研究
• 1.3 菲醌的化学与衍生物的性质
• 1.3.1 与金属离子生成配合物的反应
• 1.3.2 与硅生成硅氧键的反应
• 1.3.3 与有机膦物质的反应
• 1.3.3.1 与膦叶立德生成Witting烯的反应
• 1.3.3.2 与亚膦脂的反应
• 1.3.3.3 与其他有机膦反应
• 1.3.4 衍生碳氢芳香结构的反应
• 1.3.4.1 联苯衍生物的合成
• 1.3.4.2 缩环生成芴的反应
• 1.3.4.3 还原生成菲结构的反应
• 1.3.4.4 扩展共轭碳氢芳香结构的制备
• 1.3.5 与含氮亲核试剂的反应
• 1.3.5.1 生成9,10-菲并-1,3-二唑的反应
• 1.3.5.2 生成9,10-菲并-1,4-二嗪的反应
• 1.3.6 与双键的环加成反应
• 1.4 论文的结构与设计思路
• 第2章 菲醌与邻二胺类物质的反应
• 2.1 引言
• 2.2 模型聚合物的合成与表征
• 2.2.1 合成路线的确定
• 2.2.2 单体及聚合物的合成
• 2.2.3 合成过程
• 2.2.4 结果与讨论
• 2.2.5 聚合物结构表征
• 2.2.5.1 核磁表征
• 2.2.5.2 红外光谱表征
• 2.2.5.3 光谱性质
• 2.2.5.4 电化学性质
• 2.3 模型聚合物的原位点击反应
• 2.3.1 与邻二胺物质的原位化学反应聚合物的制备
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.3 结构表征
• 2.3.3.1 核磁氢谱
• 2.3.3.2 红外光谱
• 2.3.4 光物理性质
• 2.3.4.1 吸收光谱
• 2.3.4.2 发射光谱
• 2.3.5 电化学性质
• 2.3.6 单载流子性质
• 2.3.7 结果与讨论
• 2.4 与邻二胺物质反应的过程调节与控制
• 2.4.1 与常规偶联聚合方法的比较
• 2.4.2 反应过程与后处理方法的优化
• 2.4.3 主链结构的变化对聚合物性能的影响
• 2.4.4 反应过程的动力学监测
• 2.4.5 微波辅助合成对反应性聚合物的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 菲醌与噻吩取代邻二胺类物质的反应
• 3.1 引言
• 3.2 分子的设计与合成
• 3.2.1 分子的设计
• 3.2.2 聚合单体的合成
• 3.2.3 聚合物的合成
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.3 聚合物P1的结构与性质表征
• 3.3.1 单体和聚合物的核磁表征
• 3.3.2 聚合物P1的光物理性质
• 3.3.3 聚合物P1的结构理论模拟
• 3.4 聚合物P2的设计、合成及性质表征
• 3.4.1 聚合物P2的设计与分子模拟
• 3.4.2 聚合物P2的合成
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.4 聚合物P2的性质表征
• 3.4.4.1 聚合单体和聚合物的核磁表征
• 3.4.4.2 聚合物P2的光物理性质
• 3.5 聚合物P1和P2的性质比较与表征
• 3.5.1 聚合物的热力学性质
• 3.5.2 聚合物的电化学性质
• 3.5.3 聚合物的光伏性质
• 3.6 本章小结
• 第4章 菲醌与芳香醛类物质的反应
• 4.1 引言
• 4.2 菲并咪唑的合成过程与机理
• 4.3 本征齐聚物的合成和基本性质的研究
• 4.3.1 模型齐聚物的合成
• 4.3.1.1 模型齐聚物的合成路线
• 4.3.1.2 模型齐聚物的合成过程和方法
• 4.3.2 模型齐聚物的性质表征
• 4.3.2.1 模型齐聚物核磁的指认
• 4.3.2.2 齐聚物和TPBi的热力学性质
• 4.3.2.3 模型齐聚物和TPBi的成膜性及稳定性比较
• 4.3.2.4 模型齐聚物和TPBi的光物理性质
• 4.3.2.5 TPPI和TPBi的分子模拟
• 4.3.2.6 模型齐聚物和TPBi的电化学性质
• 4.3.2.7 BPPI与TPBi单载流子性质比较
• 4.3.2.8 模型齐聚物的电致发光性质的研究
• 4.3.3 BPPI材料的改性
• 4.3.3.1 CN-BPPI的合成
• 4.3.3.2 CN-BPPI和BPPI的结构比较
• 4.3.3.3 CN-BPPI和BPPI的光物理性质比较
• 4.3.3.4 CN-BPPI和BPPI的热力学性质比较
• 4.3.3.5 CN-BPPI和BPPI的电性质比较
• 4.3.3.6 CN-BPPI和BPPI的电致发光器件性质比较
• 4.4 包含全芳基菲并咪唑聚合物的合成与表征
• 4.4.1 聚合物的设计与合成
• 4.4.2 结果与讨论
• 4.4.3 聚合物的表征
• 4.4.3.1 聚合物的结构指认
• 4.4.3.2 聚合物的光物理性质
• 4.4.3.3 聚合物的热力学性质
• 4.4.3.4 聚合物的电化学性质
• 4.4.3.5 聚合物的电致发光性质
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验用试剂及仪器与合作单位
• 5.1 实验用试剂和药品
• 5.2 实验用测试仪器与方法
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢