基于萘二酰亚胺衍生物的AIE材料制备及其性能研究

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当今这个时代,伴随着工业化领域正在蓬勃迅速地发展,而光作为人类个体成长发展过程中的一个极其关键重要的组成部分,与其相关联的各种新型材料成为了热点话题,倍受学者及科研工作者的关注。在这些层出不穷的新型材料中,发光材料位居于关键的地位,而新型发光材料领域的研究往往需要发达的技术支撑,与此同时,以其蓬勃迅速的发展态势已经引起学术界学者和工业界商人极大兴趣。聚集诱导发光(AIE)现象的报道为有机发光材料领域提供了新的研究热点,进一步深入探讨该类材料的发光机制,结果表明:AIE类化合物分子几乎均有着一定的空间扭曲构象,比如以四苯乙烯(TPE)、萘二酰亚胺及联噻吩等为基本单元,对该类物质均进行结构修饰,合成具备聚集诱导发光(AIE)性质的化合物。前期研究表明发现萘二酰亚胺(NDI)化合物系列具有独特的分子结构构象、吸电子能力强、化学稳定性好、分子结构易于衍生等显著优点,可通过适当的官能化便捷而高效地合成制备具有不同光电特性的化合物。并且NDI化合物的缺电子特性,使其在有机光电子器件,特别是稳定性的n型半导体材料物电领域有着值得深入发展的理论研究及实际应用的价值;另外,通过在NDI萘核上引入不同的取代基,可拓宽NDI衍生物在可见光谱上的吸收范围,这使其在光学研究和光伏领域具有极大的研究潜力,但目前对以NDI芳香核为母体分子进行结构修饰制备AIE化合物分子的研究甚少。因此,本课题通过多种手段对萘二酰亚胺(NDI)分子进行修饰,设计并合成出了一系列具有高效聚集态发光或固态发光的萘二酰亚胺衍生物。主要研究内容如下:1.进一步探究含苯单元的萘二酰亚胺衍生物上不同共轭基团对其性质影响具有的重要意义,设计并合成以二(2-乙基己基)-4,9-二溴-萘四羧酸二酰亚胺分子作为核心骨架的化合物ⅰ-1、ⅰ-2、ⅰ-3,通过合理的结构修饰,进一步加大以NDI芳香核为基本单元的共轭结构,系统的研究他们的分子结构、固态及机械研磨变色性能。研究表明,随着共轭结构的逐渐变大,含苯单元的萘二酰亚胺衍生物吸收峰的波长反而发生了蓝移,荧光强度发生了轻微的减弱;与物质在溶液中扭转构型有关,而杂环杂原子位阻是影响这类化合物AIE效应的重要因素之一。其中化合物ⅰ-2、ⅰ-3显示出从微弱黄色荧光到橙色荧光的聚集荧光变色性质,将为构建具有高效AIE特性的该类化合物奠定实验基础和理论指导。2.设计并合成了两种带含二苯并噻吩单元的萘二酰亚胺衍生物近红外聚集诱导发光(AIE)材料化合物ⅱ-1、ⅱ-2,探讨它们在聚集态下的AIE特性,两种化合物表现出明显的AIE效应。本课题的研究工作对于了解带有二苯并噻吩单元的萘二酰亚胺类衍生物的AIE性质,设计具有高PL量子效率、良好光、热稳定性的新型具有聚集诱导红光和固态红光发射特性的材料具有重要意义。3.设计并合成了以二(2-乙基己基)-4,9-二溴-萘四羧酸二酰亚胺分子作为核心骨架的化合物ⅲ-1。通过合理的结构修饰,进一步加大以NDI芳香核为基本单元的共轭结构,探究化合物ⅲ-1的AIE性质和力致变色性质,进行一系列测试。其结果表明:化合物ⅲ-1具有选择性检测CN-离子的识别性能,可用肉眼直观检测含CN-离子的物质,此种基于萘二酰亚胺衍生物的离子识别聚集诱导发光(AIE)材料的设计合成及其性能研究,将为构建具有高效AIE特性的该类化合物奠定实验基础和理论指导。
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