基于吩噻嗪的刺激响应型有机发光材料

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刺激响应型材料是指在外界环境因素刺激下,分子自身颜色或发射改变的一类材料。在机械力的作用下,有机分子的构象或分子间堆积方式发生改变而导致颜色和发光变化的材料,即为力致变色材料,这类材料一直受到研究者的广泛关注。吩噻嗪衍生物可能同时具有准轴向(ax)和准赤道(eq)构象,并发生这两种构象间的转变,因而具有良好的力致变色性质。在这里我们构建了一种多晶型预测方法来辅助吩噻嗪类力致变色分子的设计,为该类材料的研究提供了新思路。同时所设计化合物具有力致发光性质,研究了掺杂对力致发光的影响。第一章:对有机分子的发光机理、影响因素进行了阐述。同时综述了刺激响应型发光材料的类型及应用。第二章:基于多晶型预测,以吩噻嗪基团作为给电子基,末端芳环作为受电子基,设计合成了14个吩噻嗪衍生物,这些化合物合成路线简单,原料易得。完成了化合物的结构表征及在溶液里的光物理性质。P1-P8都表现出聚集诱导发射(AIE),同时在聚集态下具有典型的分子间电荷转移发射。第三章:研究了P1-P14的力致变色性质。其中10个化合物具有高对比度力致变色性质,使用溶剂或重结晶的方法获得蓝色荧光的初始态,在玛瑙研钵中研磨,发射红移至黄色发射。多晶型预测表明P5、P6、P8、P9四个化合物为准赤道构象,在经过多种溶剂重结晶后仍未得到准轴向构象。其他化合物均具有准轴向和准赤道双构象,在外界环境刺激下表现出高对比度力致变色行为,实验结果与预测相吻合。使用溶剂缓慢挥发法,获得了多个单晶,其中P1和P4拥有同质多晶,通过比较晶体之间的发射差异,发现此类化合物中和角会促进分子内平面的电荷转移(PICT)和扭转的分子内电荷转移(TICT),两个角度的差异对荧光发射影响较大。力致变色中P7具有力致响应、热致响应和酸致响应,有望作为防伪器件候选材料。第四章:通过研磨发现这些化合物均具有力致发光现象,发射由紫光到白光。推测是在eq构象下,分子内发生压电效应,导致晶态固体表面发生电位差进而激发化合物发光。在P2中掺杂化合物QK-BF2后,观察到了增强的室温磷光(RTP)及力致发光(ML)。实验结果和密度泛函计算表明双分子间的能量转移在其中起了重要作用。第五章:对目前所做的工作进行了总结,多晶型预测在设计吩噻嗪衍生物结构上具有一定指导意义。所合成的化合物具有高对比度力致变色性质,详细阐述了其内在的构效关系。对于力致发光现象也做了相应实验,推测其发光机制是压电效应和荧光共振能量转移导致的。除此之外,对目前课题的后续实验做了简单展望。
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