含羥乙基聚芴的合成及光電性能研究.pdf

1、共軛聚合物是指具有共軛π鍵長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的聚合物，該類材料具有優(yōu)異的光學(xué)性能。近年來(lái)，共軛聚合物因其在有機(jī)電子發(fā)光器件、化學(xué)及生物傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，其中，聚芴及其衍生物在溶液及其固態(tài)時(shí)具有較高的熒光量子產(chǎn)率，而且熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較高，因而這類材料在有機(jī)電子發(fā)光器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于聚芴及其衍生物具有剛性的平面聯(lián)苯單元，溶解性差，因此這在很大程度上限制了芴的應(yīng)用。自1997年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行的大量

2、的工作，以試圖通過(guò)對(duì)主鏈和側(cè)鏈的分子結(jié)構(gòu)改性來(lái)改善其物理性能。
　　目前對(duì)聚芴類共軛聚合物的研究主要集中在9位碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾等方面。為了改善聚芴類材料在有機(jī)溶劑中的黏度和溶解性以及改善材料的加工成膜等性能，可以通過(guò)在C(9)引入芳香單元，脂肪鏈，或其它取代基團(tuán)為側(cè)鏈;另外,在一定溫度范圍內(nèi)保持聚芴的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,通過(guò)增加側(cè)鏈的位阻來(lái)調(diào)節(jié)材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),防止激子在高分子主鏈之間傳遞淬滅,可以提高材料的發(fā)光效率;此外，為調(diào)節(jié)聚芴材

3、料的電學(xué)性能也可通過(guò)引入富含電子的或缺電子基團(tuán)得以實(shí)現(xiàn)。
　　羥基是一種水溶性的基團(tuán)，它可以改善聚合物的溶解性，增加聚合物主鏈上的電子云密度，增強(qiáng)聚合物的熒光量子產(chǎn)率，降低聚合物帶隙及氧化電位，同時(shí)調(diào)節(jié)聚合物的性質(zhì)。本論文探索出一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全的合成路線合成出單體2,7-二溴-9,9-二（2-羥乙基）芴（FOH），又通過(guò)Suziki聚合將該單體和其他單體如2,7-雙（4,4,5,5-四甲基[1,3,2]二氧雜環(huán)戊硼烷-2-基）

4、-9,9-雙（2–辛基）芴、4,7-二溴苯并噻二唑等進(jìn)行縮聚得到含五種羥基烷基鏈的共軛聚合物。最后，對(duì)這五種縮聚物開(kāi)展了一系列的光電性能研究。主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　1．首先將芴溴化，得到2,7-二溴芴，然后在9位上引入長(zhǎng)烷基鏈官能團(tuán)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要制備了烷基化芴單體、2,7-雙（4,4,5,5-四甲基[1,3,2]二氧雜環(huán)戊硼烷-2-基）-9,9-雙（2–辛基）芴單體和2,7-二溴-9,9-二（2-羥乙基）芴，并對(duì)產(chǎn)物

5、的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，對(duì)單體純度進(jìn)行了有效純化。
　　2．在鈀催化下進(jìn)行Suziki聚合，得到了五種不同結(jié)構(gòu)比例的芴基共聚物，采用核磁氫譜（1H NMR）和凝膠色譜法（GPC）對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)和分子量進(jìn)行了表征。通過(guò)核磁共振圖譜確定所合成的聚合物結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一致，并且從凝膠色譜得到的數(shù)據(jù)可計(jì)算出聚合物的分子量及分子量分散指數(shù)。通過(guò)對(duì)五種聚合物進(jìn)行熱重分析后可知，熱分解溫度較高，表明聚合物熱穩(wěn)定性較好。羥基的引入還改善了聚合物在極性溶

6、劑中的溶解度，聚合物易溶于常用溶劑,如四氫呋喃（THF）,氯仿和甲苯等。而且PFOH在二甲基亞砜(DMSO)中具有良好的溶解性，可以達(dá)到2 mg/mL，這說(shuō)明羥基的引入改善了聚合物在極性溶劑中的溶解度。
　　3．通過(guò)對(duì)五種聚合物進(jìn)行光致發(fā)光光譜（PL）、紫外可見(jiàn)光吸收光譜（UV-Vis）和電化學(xué)循環(huán)伏安（CV）等測(cè)試表征后，得知：聚合物在四氫呋喃（THF）溶液濃度為0.02 mg/mL時(shí)光致發(fā)光圖譜的峰強(qiáng)最大。對(duì)于單元(2,1,3

7、-苯并噻二唑)BT和(4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑)DTBT的發(fā)射峰，其在薄膜和溶液中的光致發(fā)光圖譜表現(xiàn)幾乎一致。在THF溶液中表現(xiàn)出輕微不同，表明在溶液狀態(tài)下，聚合物的共軛度隨單體DTBT的摩爾比的增加而增加，故導(dǎo)致發(fā)射波長(zhǎng)紅移。對(duì)含有BT和DTBT單元的共聚物的光譜表征發(fā)現(xiàn)，BT與DTBT單元成功的引入了聚合物的主鏈，BT的DTBT的含量顯著影響聚合物的吸收和熒光光譜。紫外-可見(jiàn)吸收光譜中可以發(fā)現(xiàn)聚合物 PFBTOH-1，