新型苝酰亚胺衍生物的合成、聚集态结构及其光电性质研究

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1、新型苝酰亚胺衍生物的合成、聚集态结构及其光电性质研究Synthesis,aggregatedstructureandoptoelectronicpropertiesofnovelperylenediimidederivatives一级学科：材料科学与工程学科专业：材料学作者姓名：贲海婕指导教师：蒋世春教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学

2、位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据本论文的研究工作得到了国家自然科学基金（基金号213

3、04069）的资助。ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(21304069).万方数据摘要苝酰亚胺（PeryleneDiimide，PDI）类化合物具有优异的光化学稳定性，极高的荧光量子产率，对可见光区到红外光区的光都有很强的吸收，因此在荧光传感材料、太阳能电池、有机场效应晶体管等方面都得到了广泛的研究和应用。通过对苝酰亚胺分子进行化学修饰，以调控该类化合物的自组装行为和聚集态结构，是获得具有新颖光电性质苝酰亚胺类材料的重要手段之一。本论文的主要目标是：以苝酰亚胺

4、为基本单元，通过高效合成方法对其分子结构进行调控，进而对其自组装、相行为和聚集态结构进行系统研究，并考察其发光效率及载流子传输性能，阐明材料聚集态结构与光电性质的内在联系，为具有特殊超分子结构和新型光电性能的有机功能材料的研究提供理论和实验依据。主要内容如下：第一章：概述了苝酰亚胺及其衍生物的研究背景、合成方法、基本性质及其在多个领域的应用，然后从分子结构调控和光电功能探索的角度提出了本论文的研究课题。第二章：以四氯苝酰亚胺为基本原料，通过钯金属催化的高效偶联反应制备了噻吩稠合的苝酰亚胺衍生物，并将不同的烷基链引入噻吩稠合苝酰亚胺的酰亚胺位，设计并合成

5、了一类新型杂环稠合苝酰亚胺衍生物。一方面研究了烷基链取代基对噻吩稠合苝酰亚胺衍生物相行为和聚集态结构的影响；另一方面通过渡越时间法考察了该类衍生物的载流子传输性能，其中，具有扇形烷基链-32-1-1取代基的衍生物在室温晶态时载流子迁移率可达到3.5×10cmvs。因此，这类分子体系有望作为新型的电子传输材料在分子电子学相关领域得到应用。第三章：噻吩稠合苝酰亚胺具有很强的分子间作用力，在浓溶液特别是本体状态下，会发生明显的聚集现象，导致材料的荧光发生严重淬灭。在本章中，将具有位阻效应的笼状寡聚倍半硅氧烷（PolyhedralOligomericSilse

6、squioxane，简称POSS）引入噻吩稠合苝酰亚胺的酰亚胺位，以调节其自组装行为和发光性质。实验结果表明POSS基团可有效抑制苝酰亚胺芳核间的π-π堆积，使该类衍生物形成特殊的离散晶体结构，从而提高其在本体中的荧光量子产率。且该类衍生物可通过相转移法自组装成几百微米长的带状晶体，在有机光电器件方面具有潜在的应用价值。此外，这种化合物可以作为氟离子检测的可视传感器及比率传感器；基于电子转移和硅氧键断裂的双重机制，其对氟离子的检测具有快速、灵敏、单一响应的特点。I万方数据第四章：通过分散聚合法，制备了具有高发光效率、易分散、抗光漂白、粒径均一等优点的P

7、OSS-苝酰亚胺聚合物微球。微球体系可以分散苝酰亚胺分子，阻碍分子的聚集作用，POSS基团的引入可进一步提高其荧光量子产率。最终，所制备的荧光微球具有很高的荧光量子产率，高达68%，这是目前已知报导中苝酰亚胺类微球材料最高的荧光量子产率。关键词：苝酰亚胺；噻吩稠合；笼状寡聚倍半硅氧烷；聚集态结构；荧光量子产率；荧光探针；荧光微球II万方数据ABSTRACTPerylenediimide(PDI)derivativeshaveattractedextensiveattentionduetotheiroutstandingchemicalandphotoc

8、hemicalstabilities,highfluorescencequantumyield