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噻吩(Thiophene)及其衍生物具有独特的电化学性质,它们的聚合物更是一类性能良好的导电材料。四硫代富瓦烯(Tetrathialfulvalene,TTF)及其衍生物具有可逆的氧化还原特性,是一类良好的电子供体(Donor),也是一类构建先进材料的模块(Building block)。在强调强-强联合的当今社会,设想将这两类分子通过化学反应组合成噻吩-四硫代富瓦烯(Thio-TTF)分子组装物,再研究这类分子组装物的可聚合性以及它们的光/电化学行为,如此,本文的主要研究内容如下: 1)设计并合成了一类含反应性基团的TTF衍生物(TTF前体,TTF-1和TTF-3)。 2)设计并合成了一类含羟基的3,4-亚乙基二氧噻吩衍生物(EDOT(8+8))和含碘原子的3,4-亚乙基二氧噻吩(9+9)衍生物,它们都是难分离的二元混合物。 3)含羟基的EDOT衍生物(8+8)与含羧基的TTF-3进行酯化反应或含碘原子的EDOT衍生物(9+9)与含羟基的TTF-1进行醚化反应可分别生成EDOT-TTF分子组装物。研究发现,由于TTF单元的空间位阻效应,上述反应具有选择性,只有一个异构体能够与之反应,故产物是结构单一的EDOT-TTF分子组装物(EDOT-TTF2或EDOT-TTF1)。 4)测试了EDOT-TTF分子组装物的紫外可见吸收光谱,结果表明,两个分子组装物中的EDOT单元与TTF单元之间存在很弱的相互作用,TTF单元的吸收峰由尖峰变成了肩峰,但吸收波长未发生变化;EDOT-TTF1中噻吩环2、5位上的酯基与噻吩环形成了稳定的共轭体系,扩大了电子的离域度,使其噻吩环的吸收峰比EDOT-TTF2红移了50 nm。 5)测试了EDOT-TTF分子组装物的循环伏安,结果显示,EDOT-TTF分子组装物TTF单元的两组氧化电位均比TTF-2要低,且噻吩环的氧化电位也比EDOT-1的要低,该结果与吸收光谱的测试结果相呼应,即,TTF单元与EDOT单元之间有分子内相互作用。采用多层循环伏安法对EDOT-TTF2进行电化学聚合,所得聚合物薄膜具有较高的导电率(10-3S cm-1数量级),用TCNQ掺杂后其导电率可提高到10-2S cm-1数量级。 6)3,4-二溴噻吩(11)在铜盐存在下的甲氧基化反应产物是一个混合物,即,3-溴-4-甲氧基噻吩(12)和3,4-二甲氧基噻吩(13)。12在水-琼脂糖体系中在醋酸钯存在下可发生自身的β-位偶联反应,产物为4,4-二甲氧基-3,3-联噻吩14(BTh)。12和14的UV吸收曲线很相似,只是14的最大吸收峰值比12红移了19nm。相比之下,12和14的CV曲线有很大的不同。12的氧化电位是1.88V,14的氧化电位是1.60V。以这个数值计算,12的能隙值Eg=4.04 eV,14的能隙值Eg=3.08eV。这些结果表明,12和14的分子骨架基本相同,但是14的分子中有两个噻吩环,是12的二聚体,其内电子的离域度要高,所以14的最大UV吸收波长比之12红移,同时氧化电位也低。 7)含有甲氧基的12、13和14与2-溴乙醇在质子酸催化下可发生醚交换反应,产物分别是烷基末端含有溴的产物3-溴-4-(2-溴乙氧基)-噻吩15(BETh)、3,4-二(2-溴乙氧基)噻吩16(DBETh)和4,4-(2-溴乙氧基)-3,3-联噻吩17(DBE-BTh)。15、16和17分别与TTF-1反应可生成相应的TTF-Thiophene分子组装物TTF-Th、DTTF-Th和DTTF-BTh。对这三个分子组装物的循环伏安测试结果和理论计算结果均显示TTF单元和噻吩单元之间存在弱的相互作用,但是紫外吸收光谱的测试结果未显现出这两个单元间有此相互作用。 8)采用计时电流法分别对TTF-Th、DTTF-Th、DTTF-BTh和BTh进行恒电位聚合,可得到相应的聚合物P(TTF-Th)、P(DTTF-Th)、P(DTTF-BTh)和PBTh。这四个聚合物的氧化还原曲线的峰值电流与扫描速率的平方根成线性关系。 9)分别对PBTh与P(TTF-Th)、P(DTTF-Th)和P(DTTF-BTh)进行光谱电化学测试,结果表明,PBTh薄膜在中性状态时其最大吸收在450nm,随着施加电压增大该吸收峰逐渐变小,同时在750nm左右出现新的吸收峰其吸收强度随施加电压的增大而增强。P(TTF-Th)、P(DTTF-Th)和P(DTTF-BTh)三个聚合物薄膜在中性状态时有两个最大吸收峰,分别在330nm和450nm附近,450nm附近的吸收峰随着施加电压的增大而增大,同时在800nm附近出现新的吸收峰且其吸收强度随施加电压的增大而增强。这些结果表明,上述四个聚合物都具有电致变色性能,TTF单元的引入能够影响聚噻吩薄膜的电致变色性能。