梯形共轭有机电子传输材料的合成及光电性能

论文摘要

近年来,随着有机半导体材料的研究和应用的稳步向前推进,人们迫切需要开发迁移率高、稳定性好、易于加工的有机半导体材料。梯形共轭有机半导体材料,由于其自身结构所特有的双链连接,赋予了其材料良好的稳定性和增加了的载流子迁移率。我们着眼于两类材料：其一为梯形共轭聚合物聚吡咙BBL；另一类则是共轭体系扩大的二花酰亚胺并芴分子。为了解决梯形共轭聚合物BBL差的溶解性,本文设计合成了其新单体四辛基萘四羧酸二酐,并进行了模型缩聚反应,得到了模型分子四辛基苯并咪唑萘TO-NTCBI。为了扩展苝酰亚胺分子的π共轭体系,设计合成了二花酰亚胺并芴分子C。对TO-NTCBI和化合物C都进行了核磁和高分辨表征以及相应的光谱和电化学测试。1.以萘四羧酸二酐为原料,依次通过溴化、酯化、偶联、加氢还原、水解制得溶解性大大增加的新单体四辛基萘四羧酸二酐TO-NTCA。后尝试了TO-NTCA与邻苯二胺的模型缩聚反应,得到了模型产物四辛基苯并咪唑萘TO-NTCBI。所有未知化合物均进行了核磁和高分辨表征。溶解性测试表明,室温下TO-NTCBI在邻二氯苯中溶解度即达到20mg/mL。此外,电化学测试表明,四个辛基链的引入使得分子的LUMO能级升高了约0.26eV,对材料接受电子的能力造成了一定负面影响,但TO-NTCBI仍表现出较强接收电子的能力,是一种潜在的电子传输材料。此外,对TO-NTCBI的光谱和电化学测试表明,其在可见光区有宽的吸收范围和高达0.47的荧光量子产率以及96nm的strokes位移。表明,通过向聚合物单体上引入烷基链来增加聚合物溶解性的方法是有效的。2.从苝四羧酸二酐出发,通过合成N端带长烷基链的花酰亚胺来增加整个分子的溶解性,后通过溴化、与芴二硼酸酯偶联、光照闭环等操作,合成了π平面扩大的梯形共轭分子C。比较花酰亚胺,化合物C的吸收范围明显红移至600nm。光谱和电化学测试表明,共轭体系扩大后的化合物C的能隙减小了0.14eV,证明了其分子中花酰亚胺部分和芴环部分的有效共轭。值得一提的是,偶联产物在太阳光照射下高效地发生了成环反应,收率在90%以上,这种合成方法也具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 有机半导体简介
• 1.1.1 p型有机半导体
• 1.1.2 n型有机半导体
• 1.2 有机电子传输材料的应用领域
• 1.2.1 有机薄膜晶体管
• 1.2.2 有机光伏器件
• 1.2.3 有机发光二极管
• 1.3 几种梯形共轭电子传输材料研究进展
• 1.3.1 聚吡咙BBL及其衍生物
• 1.3.2 大共轭体系的苝酰亚胺及其衍生物
• 1.4 研究课题和意义
• 2. 新型多官能团聚合单体2,3,6,7-四辛基萘四羧酸二酐的合成及模型缩聚反应研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 目标单体以及模型缩聚产物的合成路线
• 2.2.3 目标单体分子以及模型缩聚产物苯并咪唑萘（TO-NTCBI）的具体合成步骤
• 2.2.4 合成方法讨论
• 2.3 光谱和电化学性质
• 2.3.1 光谱性质
• 2.3.2 电化学性质
• 2.4 本章小结
• 3. 梯形花酰亚胺并芴类分子的合成及性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 目标化合物的合成路线
• 3.2.3 目标分子和中间体的具体合成步骤
• 3.2.4 合成方法讨论
• 3.3 光谱和电化学性质
• 3.3.1 光谱性质
• 3.3.2 电化学性质
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 相关化合物核磁谱图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢