苝酰亚胺类有机半导体的设计合成及应用研究

论文摘要

有机半导体由于种类繁多,成本低廉,易于加工已成为近年来人们关注研究的热点,开发结构新颖,具有高迁移率和稳定性好的n型材料是该行业现今所面临的重要挑战。花酰亚胺类衍生物作为传统的n型有机半导体材料受到越来越多的关注。本文基于有机半导体材料的设计原则,在已有合成的基础上,发展花酰亚胺新的衍生物,并对其进行光谱和电化学测试。首先,设计了以花四甲酸丁酯为原料,经过硝化、还原、和醛反应生成希夫碱、光催化闭环、水解、胺化合成了苝酰亚胺扩环的衍生物PS-8、12、18和PS-8’、12’、18’通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究各分子的能级结构。港湾位扩环,无论是花酯还是苝酰亚胺,虽然最大吸收波长蓝移,但是都扩大了分子的吸光范围,酯类由原来的400-500 nm扩展到280-450 nm,而PDI衍生物则扩大到300-500 nm均有吸收。电化学测试和高斯计算可知,扩环的PDI衍生物,保持了苝核的共平面性,引入吸电的N原子都会使分子的LUMO和HOMO能级降低,使其具有更强的接受电子的能力。其次,有机双光子吸收材料较之无机双光子吸收材料有很多优点,例如：成本低廉；易于进行器件制做与集成等,因此,具有强双光子吸收的材料有着广泛的应用前景。基于双光子材料的设计原则,本文设计合成了2个分别以二茂铁、吡啶为电子供体,对苯二腈为电子受体,双键为π共轭桥,分别得到了目标化合物FT与PT,对其进行了表征以及光谱性能测试。分子FT具有较宽的吸收范围,最大吸收波长达520 nm,而且随着溶剂极性增大,吸光度下降。分子PT在300-400 nm有一个宽的吸收带,荧光发射在397nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 有机半导体的简介
• 1.1.1 p型有机半导体
• 1.1.2 n型有机半导体
• 1.2 n型有机半导体材料的应用
• 1.2.1 有机光电导体
• 1.2.2 有机电致发光
• 1.2.3 有机场效应管
• 1.2.4 有机太阳能电池
• 1.2.5 其他光电领域的应用
• 1.3 有机电子传输材料的设计
• 1.3.1 电子亲和势和离解势
• 1.3.2 相邻分子电子云重叠
• 1.3.3 化学纯度
• 1.3.4 成膜性
• 1.3.5 稳定性
• 1.4 苝酰亚胺衍生物的合成
• 1.4.1 苝酰亚胺N端修饰
• 1.4.2 苝酰亚胺港湾位的衍生
• 1.4.3 具有大平面共轭体系的苝酰亚胺的衍生物的合成
• 1.4.4 光催化下花类衍生物的扩环反应
• 1.5 课题的研究内容和意义
• 1.5.1 课题的研究内容
• 1.5.2 选题的意义及创新点
• 2 苝酰亚胺扩环衍生物的合成、表征与性能测试
• 2.1 引言
• 2.2 分子设计
• 2.3 合成路线设计
• 2.4 化合物的合成
• 2.4.1 原料及仪器
• 2.4.2 花四甲酸丁酯（2）的合成
• 2.4.3 二硝基苝四甲酸丁酯（3）和（3’）的合成
• 2.4.4 二氨基苝四甲酸丁酯（4）和（4’）的合成
• 2.4.5 中间体（5）和（5’）的合成
• 2.4.6 中间体（6）和（6’）的合成
• 2.4.7 由（4）和（4’）一步合成（6）和（6’）
• 2.4.8 中间体（7）和（7’）的合成
• 2.4.9 目标化合物PS-8和PS-8’的合成
• 2.4.10 目标化合物PS-12和PS-12’的合成
• 2.4.11 目标化合物PS-18和PS-18’的合成
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 化合物合成方法的讨论
• 2.5.2 化合物性质的表征方法
• 2.5.3 化合物光谱性质研究
• 2.5.4 电化学性质研究
• 2.5.5 量子化学计算
• 2.6 本章小结
• 3 以对苯二腈为母体的染料在双光子材料中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 分子设计
• 3.3 合成路线
• 3.4 化合物的合成
• 3.4.1 中间体（9）的合成
• 3.4.2 中间体（10）的合成
• 3.4.3 中间体（11）的合成
• 3.4.4 中间体（12）的合成
• 3.4.5 目标化合物FT的合成
• 3.4.6 目标化合物PT的合成
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 合成方法讨论
• 3.5.2 化合物光谱测试
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 相关化合物的核磁谱图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢