噻吩类衍生物作为一种新型电致发光材料,由于具有发光性能优良,发光颜色容易控制,在溶剂中溶解度较高,容易调整规整度,合成难度较低等诸多优点,以其优异的光电性能越来越受到研究者的重视。通过改变噻吩环上取代基的结构以及引入其它吸电子基团形成共聚物,可以调控能级结构和光电性能。 本论文利用循环伏安法为主要研究手段,并结合理论计算法,紫外-可见光分析法,光致发光分析和电致发光分析,系统研究了烷基取代噻吩单体和聚合物,烷基取代噻吩与噁二唑的共聚物,烷基取代噻吩与吡啶共聚物三大类物质的电化学性质和光电性能。 通过循环伏安法对系列烷基取代噻吩单体的电化学性质进行了研究。结合紫外-可见光吸收和量子化学计算,确定了其能级结构及取代基对能级结构的影响。烷基取代噻吩单体电化学性质稳定,重现性好。随着3位取代饱和烷烃链长增大,单体的HOMO能级减小0.15eV和LUMO能级减小0.23eV,同时对应的带隙也有所下降。对同一物质,光学方法比电化学方法得到的带隙增大0.7eV,但随取代基结构变化趋势一致。 综合利用电化学等多种方法研究了烷基取代噻吩聚合物的能级结构和光电性能。同一种取代噻吩的单体和聚合物相比,聚合物的带隙降低0.2eV。聚合物带隙随取代基增大有所降低,HOMO轨道能级几乎不受影响。由于空间位阻效应,过长的碳链影响电子注入。与已制成的聚(3-正十二烷基噻吩)单层发光器件的光电性能参数进行了对比研究。 烷基取代噻吩与1,3,4-噁二唑的共聚物比对应规整噻吩均聚物带隙上升0.1eV。引入噁二唑吸电子基团使HOMO轨道能级平均下降0.2eV,LUMO轨道能级按相同趋势变化。共聚物带隙同样随噻吩环碳链取代基增大而减小。光学带隙比对应电化学方法带隙大0.4eV。噁二唑共聚物LUMO轨道能级比均聚物明显下降,带隙未明显提高,有利于电子阴极注入。与量子化学方法得到的能级结构进行了比对。烷基取代噻吩和噁二唑的共聚物基本实现电子-空穴注入平衡。 对比研究了烷基噻吩-吡啶共聚物电化学性质和能级结构。烷基噻吩-吡啶共聚物带隙比同样碳链长度的均聚物平均增大0.3eV,比烷基噻吩-噁二唑共聚物带隙增大0.2eV。引入吡啶基团比嗯二唑基团更使HOMO轨道能级下降。随着噻吩环取代基增大,带隙有小幅度下降。随结构变化趋势与单体,聚合物和烷基噻吩-噁二唑共聚物相一致。量子化学方法求出的能级结构与电化学方法对应性较好。