基于氰基苯乙烯D-A分子的固态发光调控及多重刺激响应变色性能

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:czh19890220
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作为一类重要的光电功能材料,有机荧光分子在OLEDs,OLEFET,有机固体激光和有机荧光探针等领域具有广泛应用。在这些光电器件中,荧光材料往往以薄膜或纳米结构的聚集态形式出现。然而其聚集态的光学性质不仅与分子的化学结构有关,还与分子间的堆积排列方式有很大关系。由于荧光分子间存在相互作用及激发转移、电子转移和能量转移等效应,聚集体复杂的光谱行为很难用相对成熟的单分子光学理论来解释,因此有机分子固态发光的产生机制及性质调节仍是当前的研究难点和热点。为了深入了解有机荧光固体的结构-性质关系,实现其发光的有效调控,我们以氰基苯乙烯为核心设计合成了两类典型构型的D-A体系,一类为线型共轭的CNS系列,另一类为交叉共轭的X型体系,并系统研究了分子构型、推拉电子效应和分子自组装结构对固态发光的影响,探究聚集体的激发和发光机制。研究结果将为获得期望的有机固态发光和光电材料提供有效的分子设计策略和发光调控方法。同时,我们获得了多种具有多重刺激响应变色性能的荧光固体,包括热-压致变色和光-压致变色等材料。其中压致变色材料自2010s受到广泛关注,由于其发光颜色和效率动态可调,且操作简单易行,在传感器、防伪、显示和光学存储等领域具有潜在的应用价值。然而压致变色现象,即在外力作用下发光颜色或效率的可逆转变,仍缺乏在分子和超分子水平上的深入理解,对其机理的研究是目前的重点和热点。在本论文中,线型和X型两类D-A体系展现了不同的压致变色现象,这主要是由于它们的变色机理不同。线型的ACNS在外力作用下其发光即可以蓝移,也可以红移,分子间弱相互作用和堆积结构的变化是造成发光转变的主要原因。而X型体系在外力作用下其发光明显红移,这主要是由于构象高度扭曲的分子在压力下趋于平面化,分子内的共轭程度和电荷转移(ICT)显著增强。主要内容概括如下:1.设计合成了具有凝胶功能、压致变色和热致变色性质的小分子T16,系统表征其凝胶行为、光学性质及自组装结构。利用稳态和瞬态荧光光谱、XRD及量子化学计算等深入研究了 T16的结构-激发态-性质关系,并通过与分子结构相似的α-CN-TPA和3C16对比,发现T16的固态发光及变色现象可能与π-π堆积结构和分子扭曲构象的转变都有关系。2.在上一章的基础上,为探究分子堆积排列方式如何影响固态发光,我们设计合成了共轭结构简单的线型D-A分子ACNS,其在不同的分子间作用驱动下形成三种堆积结构的发光固体B、G、Y,其中B和Y经研磨均转变为G,而G具有光致变色性质。值得注意的是,在氰基苯乙烯端位引入非共轭的手性基团可诱导分子自组装形成螺旋堆积,从而获得显著红移的新的发光态。3.为探究分子构象如何影响固态发光,我们设计合成了给体轴-受体轴交叉共轭的DMCS-TPA,利用光谱、XPS及量子化学计算等研究了其固态发光转变前后的电子结构变化,发现X型体系固态发光的显著红移主要与构象趋于平面和随之增强的分子内共轭及电荷转移有关。在此基础上,我们进一步研究了一系列X型D-A体系的ICT程度对固态发光和压致变色响应能力的影响。值得注意的是,该体系同时可制备电致变色功能的聚合物薄膜,具有响应速度快(0.59 s),对比度高(70%)和多色显示(4种颜色)的优异性能。
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