新型含席夫碱—噻吩类共轭聚合物的合成及性能研究

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聚噻吩及其衍生物由于其在聚合物电致发光、生物传感器、有机晶体管、非线性光学材料、聚合物太阳能电池和电致变色材料等高科技领域中具有广泛的应用前景而引起了人们的关注。聚对苯撑乙炔类聚合物具有优良的光学性质,广泛应用于发光材料领域中。另外,在主链中的噻吩单元侧链上引入各种功能基团,可以调控共聚物的能带隙。因此,本文主要以3-噻吩甲醛为主单体,通过Schiffbase反应合成了侧链含席夫碱的两种单体。采用Sonogashira和Yamamoto等金属配合物催化法使噻吩席夫碱单体与烷氧基取代对苯二乙炔、吡啶、3-丁基噻吩、偶氮苯进行共聚,并对其光电性能初步探讨和研究。本文主要做了以下五部分工作:(1)简述了共轭聚合物的发展概况,聚对苯撑乙炔与聚噻吩类化合物的研究背景、意义、应用前景。简单介绍了共轭聚合物的合成方法及席夫碱类化合物的普遍性能。(2)以2,5-二溴-3-噻吩甲醛为主单体、通过Sonogashira反应合成了3-噻吩甲醛与不同烷氧基取代对苯二乙炔的3种共聚物,并对共聚物的基本性能进行初步探讨。研究发现,随着共聚物侧链碳数的增加共聚物的各项性能都均有提高。该类共聚物溶解性和量子效率比较突出,能溶于普通溶剂中,共聚物PTC-PE12在溶液中的量子效率达到62.7%。除此之外,此类共聚物具有较好的分子堆积性,其THF溶液中甲醇含量为0%、50%和80%时分别发出绿色、黄色和橙色光。(3)通过Schiff base反应使噻吩侧链引入4-氨基-1,2,4-三氮唑,制备了侧链含席夫碱的噻吩单体,并合成了其与烷氧基取代对苯二乙炔的一系列共聚物PTT-PE。利用1H-NMR、FT-IR、GPC等手段对共聚物的化学结构进行表征确认。通过UV-vis、PL和循环伏安等测试方法对其进行光、电性能测试。研究发现,共聚物在THF溶液中发出绿光,其溶液和薄膜状态下最大发射峰分别位于495-505nm和545-560nm左右,共聚物PTT-PE4的荧光量子效率达到42.7%。(4)采用Sonogashira反应合成了3-次甲基(4-丁氧基苯胺)噻吩与烷氧基取代对苯二乙炔的3种共聚物,并利用FT-IR、GPC、UV-vis和循环伏安等测试方法对其进行结构和电化学性能研究,研究发现该类聚合物没有荧光特性,其紫外-可见吸收峰位于410-417nm左右。(5)通过Yamamoto反应、以2,5-溴-3-次甲基(4-丁氧基苯胺)噻吩为主单体,与2,5-二溴-3-丁基噻吩、2,5-二溴吡啶和4-4’-二碘偶氮苯进行共聚。并对所得到的3种共聚物的光电性能进行研究。研究发现共聚物PⅠ、PⅡ在氯仿溶液中发出黄绿光,其能级差为1.67eV、1.26eV。
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