新型A2-A1-D-A1-A2有机小分子的合成及其性能研究

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在目前所报道的有机光电材料中,给体-受体(donor-acceptor)型有机小分子材料具有较宽的吸收光谱,易于修饰和调控等优势,逐渐成为了新型有机光电功能材料研究领域的重点。本课题组在前期构建了系列对给受体调控的具有长寿命电荷分离态的D-A与D-A1-A2构型的分子,研究表明具备较好的光诱导电子和能量转移体系和电子、空穴双极性传输性能,并在单层有机太阳能电池中得到一定的应用。基于课题组前期的研究,本文将具有较高荧光效率与化学稳定性的芴环引入D-A1-A2构型的分子体系中,形成以芴环连接苯乙烯基三苯胺类基团为强给电子体,均三嗪环为第一受体,蒽醌基团为末端受体的A2-A1-D-A1-A2型分子DMTPA-(TRC-AEAQ)2,并采用Ullmann反应、Vilsmeier反应、Wittig反应等一系列实验方法对其进行合成过程的优化和工艺探索。目标化合物及中间体采用1H NMR、13C NMR以及质谱等表征手段确认结构的正确性。目标化合物的收率为70%。通过与D-A1-A2型分子MTPA-TRC-AEAQ的合成过程进行对比,发现由于芴环的引入,极大地增强了DMTPA-(TRC-AEAQ)2分子的共轭程度,使得基于芴环的三苯胺基团给电子能力增强,在一定程度上增强了分子末端基团的反应活性,提高了产物的收率。采用循环伏安法(CV)和X射线衍射(XRD)等测试手段并通过OLED器件的制备研究中间体d-TPA的电化学性能、结晶性与成膜性,结果表明该化合物具有较好的空穴传输性能;化合物d-TPA、DMTPA-(TRC)2及目标化合物DMTPA-(TRC-AEAQ)2的稳态光谱性能研究结果表明,引入芴连接两个三苯胺砌块增强了给体分子的共轭程度,使其在低温下检测出明显的磷光发射,有效地拓宽了光谱吸收范围并使得吸光性能提高;循环伏安测试结果表明,在引入芴形成DMTPA-(TRC-AEAQ)2分子之后,由于分子内共轭程度和ICT作用的增强使得HOMO能级增大,能隙减小至1.71 eV,从而更有利于分子内的电荷和空穴传输;结合理论计算及之前光谱和电化学研究结果并进行瞬态荧光光谱测试,结果表明,DMTPA-(TRC-AEAQ)2具有典型的阶梯式能级,有利于电子从给体基团转移至第一电子受体基团,在转移至第二受体基团,而由于受体基团的HOMO能级低于给体基团,能够发生从电子受体到给体的空穴转移过程,具有双极性传输的特点。在有机光电器件领域显示出较好的应用前景。
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