含羟乙基聚芴的合成及光电性能研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zcv_2323
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共轭聚合物是指具有共轭π键长链结构的聚合物,该类材料具有优异的光学性能。近年来,共轭聚合物因其在有机电子发光器件、化学及生物传感器等领域的应用已经引起了广泛关注,其中,聚芴及其衍生物在溶液及其固态时具有较高的荧光量子产率,而且热稳定性和化学稳定性都较高,因而这类材料在有机电子发光器件领域具有广阔的应用前景。但是由于聚芴及其衍生物具有刚性的平面联苯单元,溶解性差,因此这在很大程度上限制了芴的应用。自1997年以来,国内外研究人员进行的大量的工作,以试图通过对主链和侧链的分子结构改性来改善其物理性能。目前对聚芴类共轭聚合物的研究主要集中在9位碳的化学结构修饰等方面。为了改善聚芴类材料在有机溶剂中的黏度和溶解性以及改善材料的加工成膜等性能,可以通过在C(9)引入芳香单元,脂肪链,或其它取代基团为侧链;另外,在一定温度范围内保持聚芴的微观结构稳定,通过增加侧链的位阻来调节材料的聚集态结构,防止激子在高分子主链之间传递淬灭,可以提高材料的发光效率;此外,为调节聚芴材料的电学性能也可通过引入富含电子的或缺电子基团得以实现。羟基是一种水溶性的基团,它可以改善聚合物的溶解性,增加聚合物主链上的电子云密度,增强聚合物的荧光量子产率,降低聚合物带隙及氧化电位,同时调节聚合物的性质。本论文探索出一种简单、经济、安全的合成路线合成出单体2,7-二溴-9,9-二(2-羟乙基)芴(FOH),又通过Suziki聚合将该单体和其他单体如2,7-双(4,4,5,5-四甲基[1,3,2]二氧杂环戊硼烷-2-基)-9,9-双(2–辛基)芴、4,7-二溴苯并噻二唑等进行缩聚得到含五种羟基烷基链的共轭聚合物。最后,对这五种缩聚物开展了一系列的光电性能研究。主要工作包括以下几个方面:1.首先将芴溴化,得到2,7-二溴芴,然后在9位上引入长烷基链官能团,在实验过程中主要制备了烷基化芴单体、2,7-双(4,4,5,5-四甲基[1,3,2]二氧杂环戊硼烷-2-基)-9,9-双(2–辛基)芴单体和2,7-二溴-9,9-二(2-羟乙基)芴,并对产物的结构进行了表征,对单体纯度进行了有效纯化。2.在钯催化下进行Suziki聚合,得到了五种不同结构比例的芴基共聚物,采用核磁氢谱(1H NMR)和凝胶色谱法(GPC)对共聚物的结构和分子量进行了表征。通过核磁共振图谱确定所合成的聚合物结构与设计的结构一致,并且从凝胶色谱得到的数据可计算出聚合物的分子量及分子量分散指数。通过对五种聚合物进行热重分析后可知,热分解温度较高,表明聚合物热稳定性较好。羟基的引入还改善了聚合物在极性溶剂中的溶解度,聚合物易溶于常用溶剂,如四氢呋喃(THF),氯仿和甲苯等。而且PFOH在二甲基亚砜(DMSO)中具有良好的溶解性,可以达到2mg/mL,这说明羟基的引入改善了聚合物在极性溶剂中的溶解度。3.通过对五种聚合物进行光致发光光谱(PL)、紫外可见光吸收光谱(UV-Vis)和电化学循环伏安(CV)等测试表征后,得知:聚合物在四氢呋喃(THF)溶液浓度为0.02mg/mL时光致发光图谱的峰强最大。对于单元(2,1,3-苯并噻二唑)BT和(4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑)DTBT的发射峰,其在薄膜和溶液中的光致发光图谱表现几乎一致。在THF溶液中表现出轻微不同,表明在溶液状态下,聚合物的共轭度随单体DTBT的摩尔比的增加而增加,故导致发射波长红移。对含有BT和DTBT单元的共聚物的光谱表征发现,BT与DTBT单元成功的引入了聚合物的主链,BT的DTBT的含量显著影响聚合物的吸收和荧光光谱。紫外-可见吸收光谱中可以发现聚合物PFBTOH-1,PFBTOH-2,PFDTBTOH-1,PFDTBTOH-2都具有两个吸收峰,438nm与526nm处的吸收峰分别对应于BT和DTBT单体的吸收,吸收峰的强度与窄带隙单体所占比例呈正比关系,再次证明我们成功将不同比例的窄带隙单体引入到了聚合物主链中。
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