新型三维刚性共轭分子的合成及器件性能研究

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三维有机共轭材料具有独特的立体分子构型,有利于电荷多方向传输的实现和分子固态自组装结构的调节,在有机电子学领域有着重要的研究价值。由于缺少高效的化学合成方法,因此相比于一维和二维材料,目前三维材料的种类相对较少。其中,三萘[3.3.3]螺桨烷凭借其较大的刚性共轭平面和较多的反应位点,成为构筑三维有机共轭化合物的理想分子单元。基于以上讨论,本论文选取三萘[3.3.3]螺桨烷作为核心分子骨架,通过直接功能化与横向共轭扩展两种方式对三维刚性共轭分子的合成进行了研究,并初步探索了目标化合物的器件性能。论文主要内容如下:(1)以三萘[3.3.3]螺桨烷为原料,设计合成了bay位六氰基取代的三苝单酰亚胺[3.3.3]螺桨烷分子(化合物11)。合成路线中选用硼酯化的萘二甲酸二丁酯作为Suzuki偶联的反应物,有效解决了初始路线存在的中间产物溶解性差和产率低等问题。氰基的引入显著降低了分子的LUMO能级,使其具备稳定的电子传输能力。器件测试结果表明化合物11在OLED中呈红光发射,在OFET中的电子迁移率可达6.5×10-4 cm~2 V-1 s-1,在OSC中的能量转换效率可达3.97%,体现出其作为n型有机半导体材料的广泛应用价值。(2)通过bay位六溴代螺桨烷衍生物的亲核取代与偶联环化反应,制备了苯并呋喃稠合的三苝单酰亚胺[3.3.3]螺桨烷分子(化合物16),该化合物无需侧端烷基链的引入即具有足够的溶解度。苯并呋喃结构稠合于子单元中苝核靠近酰亚胺的一侧,共轭程度的增大使得化合物的紫外可见光谱最大吸收波长发生明显红移,分子的能级与带隙也产生了变化。将其用作OLED的发光层,EL光谱最大发射波长为652 nm,器件发光亮度可达294.43 cd/m~2,显示出该三维化合物作为红光材料的良好性能。
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