随着科技的发展,人们的需求也变得越来越具有针对性。有机发光材料以其种类繁多和功能多样化而受到众多行业和领域的研究者们关注。这些性能不同且功能各异的有机发光材料分别被应用到了不同的领域。尽管科学家们已经报道了数不清的有机发光材料,但对于同时具有多种发光方式的化合物的研究并不多,因此对于材料的结构和发光性能之间的关系仍不明确,满足科技飞速发展的需求,仍是一个挑战。而设计具有相同的基团和不同分子结构的有机发光材料,对于我们研究多功能有机发光材料的机理,无疑是有巨大帮助的。咔唑作为一种非常典型的给体材料,具有刚性结构和较强的给电子能力,其本身的发光性质非常优秀,也不断的被各种有机发光材料用作电子给体基团。而二苯甲酮既具有羰基贡献的n型轨道成分,又具有芳环贡献的π型轨道成分,加上其本身具有非常灵活的可旋转的芳环结构,通常被用来作为受体单元来开发多功能有机发光材料。因此本文以这两种分子的衍生物作为基团,设计合成了六种化合物,并比较了不同取代模式,以及重原子对化合物在单分子和聚集状态下发光性能的影响,得到了一系列发光各异的多功能有机发光材料。首先,本文以o-Cz BP为参比合成了三种基于咔唑和二苯甲酮的衍生物m-Cz BP、o-2Cz BP和2o-Cz BP。结果显示m-Cz BP、o-2Cz BP和2o-Cz BP三者在二氯甲烷溶液中的吸收和发射光谱与o-Cz BP相似,但发射光谱不同,m-Cz BP、o-2Cz BP和2o-Cz BP在二氯甲烷溶液中的最大发射峰分别为501 nm、347 nm和561 nm。间位取代的化合物m-Cz BP的发光现象与邻位和对位取代的o-Cz BP和p-Cz BP的粉末和晶体都具有室温磷光现象,肉眼能观察到2-3 s的余晖。而邻位双取代的化合物o-2Cz BP的粉末和晶体都只能看到很短的余晖。含两个oCz BP基团的2o-Cz BP的粉末则没有余晖,而且无法获得其晶体,但其粉末具有热活化延迟荧光特性,相对荧光效率高达39%。而m-Cz BP和o-2Cz BP的相对荧光效率分别为5.8%和2.3%。它们在不同比例水和四氢呋喃混合溶剂中的光谱表明,m-Cz BP和o-2Cz BP具有双发射现象,并且两个发射峰呈现出此消彼长的趋势,m-Cz BP、o-2Cz BP和2o-Cz BP三者都具有聚集诱导发光的特性。通过理论计算得出了三者在气相状态下优化的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道的电子云分布和激发态能级,m-Cz BP、o-2Cz BP、2o-Cz BP与o-Cz BP中都存在二苯甲酮两个苯环之间的空间电荷转移现象。o-2Cz BP中也存在咔唑基团和二苯甲酮基团之间的空间电荷转移现象。综上所述,邻位取代的化合物具有折叠构型,可实现空间电荷转移,同时具有室温磷光和热活化延迟荧光特性。而间位取代的化合物没有咔唑与二苯甲酮之间的空间电荷转移,并且没有热活化延迟荧光特性。当增加取代基团后,破坏了咔唑平面之间的相互作用,降低了结晶性,并且非辐射跃迁也没有被很好地抑制,因此寿命降低。将两个o-Cz BP偶联在一起后,非辐射跃迁速率更高,室温磷光现象消失,只有热活化延迟荧光现象。这几种表现出不同发光方式的化合物证明分子结构无论对于单分子还是聚集状态下的发光都有很重要的影响,而这种既有可旋转的结构和折叠的构型,也是一种开发多功能有机发光材料的有效策略。本文第三章基于上一章的几种化合物,合成了三种含溴化合物o-Br Cz BP、o-2Br Cz BP和m-2Br Cz BP。结果显示这三种化合物在二氯甲烷溶液的吸收和发射光谱几乎完全一致。但固体状态下,o-Br Cz BP的晶体最大发射峰在449 nm处,在空气中熔融并冷却后,发射峰红移到了476 nm,o-2Br Cz BP的晶体也有同样现象,其发射峰从451 nm红移到了490 nm,在m-2Br Cz BP中没有观察到类似现象,但m-2Br Cz BP却表现出了双发射行为,它的粉末在443nm和570 nm有两个发射峰。重原子的引入使得这几种化合物的发光寿命降低,效率也有所下降,o-Br Cz BP、o-2Br Cz BP和m-2Br Cz BP的在粉末状态下的磷光寿命分别为0.43 ms、0.26 ms和42.24 ms,相对荧光效率分别为5.0%、5.3%和4.2%。此外,这几种化合物的晶体中存在大量C-H…Br键,这些键与咔唑基团之间的π-π键的共同作用,提高了它们的结晶性,促进分子间电荷转移的过程,并通过理论计算证明了这一点。但重原子也使o-Br Cz BP和o-2Br Cz BP的咔唑与二苯甲酮之间的二面角和间距增大,削弱了他们之间的空间电荷转移,效率和寿命都有所下降。综上所述,添加溴原子,可以提高化合物的旋轨耦合特性,还可以增加聚集态中的分子间C-H…Br键,使他们在聚集状态与单分子状态的分子构型有非常大的差别,而且还可以提高邻位化合物的结晶性,也是有效的多功能有机发光材料的设计策略。通过对比这几种化合物我们可以发现:咔唑的平面结构可以增加化合物的刚性和分子聚集能力,二苯甲酮可以增加分子的电荷转移途径,获得多种发光方式。不同的取代位置和数量极大地改变了分子的拓扑结构和聚集态结构,同时具有分子内电荷转移、分子内的空间电荷转移和分子间电荷转移,使其获得了多种发光途径。并且溴原子除了可以提高系间窜跃的速率,也能够改变分子的拓扑结构和聚集态结构,大量强力的分子间卤素键也使得他们的单分子和聚集态的发光方式有很大的不同。综上所述,本文所涉及的几种基于羰基修饰的咔唑衍生物的发光材料,都具有多种发光方式,并且也已经通过大量的研究,获得了一些合理且十分有效的分子设计策略,为继续研究新的多功能有机发光材料提供了新思路。