梯形共軛小分子N型材料設(shè)計(jì)合成及性能研究.pdf

1、近幾十年來，隨著有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，開發(fā)具有較好的穩(wěn)定性、高電子遷移率且易于加工的N型半導(dǎo)體材料具有著重要意義。按分子量進(jìn)行劃分，我們可以將有機(jī)半導(dǎo)體材料分為有機(jī)小分子和高分子聚合物兩大類。與高分子聚合物不同，有機(jī)小分子化合物具有確定的分子結(jié)構(gòu)和分子量、易于分離提純等諸多優(yōu)點(diǎn)。本論文以有機(jī)合成為基礎(chǔ)，以有機(jī)半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)原則為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)合成了多個(gè)具有梯形共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子化合物，并分別從光譜性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)等方面對它們進(jìn)行了研

2、究。
　　⑴以苝單酰亞胺2G為母體，通過溴化、硼酸酯化、偶聯(lián)和脫氫閉環(huán)合成了五個(gè)目標(biāo)化合物。其中化合物2N由于溶解性很差故難以進(jìn)行性質(zhì)表征，但其結(jié)構(gòu)已通過高分辨質(zhì)譜證實(shí)。與苝單酰亞胺2G相比，其他四個(gè)化合物均表現(xiàn)出吸光范圍變寬，最大吸收峰位置紅移以及摩爾消光系數(shù)增大?；衔?M、2O和2J均可以接受1個(gè)空穴和3個(gè)電子，同時(shí)它們的LUMO能級較苝單酰亞胺2G下降了約0.05 eV?；衔?P在保持三組可逆還原峰的同時(shí)，LUMO能級繼

3、續(xù)下降至-3.9 eV。我們將這四個(gè)化合物分別作為N型材料與P3HT共混制作了體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池，能量轉(zhuǎn)換效率最高的為2J，達(dá)1.14％。
　?、仆ㄟ^可控合成策略，設(shè)計(jì)并合成了具有芴并雙咪唑苝結(jié)構(gòu)的化合物3Q。該合成策略有效避免了以往并咪唑苝類化合物在合成過程中可能產(chǎn)生的異構(gòu)體，目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)明確?；衔?Q在甲苯中最大吸收峰在614nm，同時(shí)保持了較高的摩爾消光系數(shù)。更吸引人的是，它的吸光范圍擴(kuò)大為300-710 nm，基本實(shí)現(xiàn)

4、了可見光區(qū)光譜全覆蓋?；衔?Q接受2個(gè)電子的同時(shí)，LUMO能級比苝雙酰亞胺3I下降了0.03 eV，表明了它接受電子能力的增強(qiáng)。使用空間電荷限制電流方法測試了化合物3Q的電子遷移率μe為1.01*10-5 cm2V-1s-1。
　?、抢每煽睾铣刹呗?，設(shè)計(jì)并合成了三個(gè)具有剛性結(jié)構(gòu)的梯形共軛小分子4E、4H和4I。由于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移作用（結(jié)合DFT計(jì)算），在THF中化合物4E的雙光子吸收截面在810nm處達(dá)1200 GM?；衔?