邻位功能扩展的苝酰亚胺分子材料的合成及性能研究

Synthesis of New Organic Conjugated molecular system is the basis of functional molecular materials and devices, and functional molecules with excellent properties have been developed based on perylene diimide, which are deemed to "star molecules" in organic optoelectronic functional materials and devices. The project designed a series of ortho-functionalized perylene diimides involving small molecule and polymer molecular system, including ortho-linked perylene diimide oligomers, the laterally expaned π-systems and two-dimensional conjugated polymer materials. We intended to establish a rational and practical synthesis methods to achieve highly ordered supramolecular structures, and further specific functionality by a reasonable controlling of self-assembled superstructures and functions. Therefore, exploring the application of ortho-functionalized perylene diimide molecular systems in molecular devices has important practical significance and potential value.

新型有机共轭分子体系的合成是有机功能分子材料与器件的基础，而以苝酰亚胺为结构平台发展了许多具有优异特性的功能分子，是当今有机光电功能材料和器件研究领域的明星分子体系。本项目设计了一系列以苝酰亚胺的邻位为功能位点扩展的小分子和高分子体系，包括邻位相连的的苝酰亚胺低聚体受体分子材料、侧位扩展π-体系和二维共轭高分子材料体系，拟建立合理实用的合成方法，通过结构与功能的合理调控实现高度有序的超分子自组装超结构进而实现特定的功能，探索邻位功能扩展的苝酰亚胺分子体系在分子器件相关领域中的应用，具有重要的研究意义和潜在的实用价值。

从分子设计出发调控有机半导体材料的结构进而实现特定的性能是极具挑战性的工作，特定的稠合方式导致了分子结构和电子结构的巨大差异，最终影响着材料性能。通过本项目的实施，设计合成了系列基于苝酰亚胺稠环结构的分子材料体系，通过有效地调控分子结构、电子结构及组装结构，拓展了其作为有机太阳能电池受体材料、电子传输材料、有机自由基材料以及圆偏振发光材料的应用；特别是完成了项目申请时提出的苝酰亚胺的邻位功能化，比如通过邻位四硼酯产物的开发，获得了侧位四噻吩环稠合的苝酰亚胺螺烯，揭示了该分子独特的左右旋手性对应异构体交替螺旋π-堆积结构，并实现了高效电子传输。因此，在此基础上，我们继续探索邻位苝酰亚胺功能分子的合成，产生了一些重要的研究方向。本项目协助培养博士研究生4名，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、CCS Chemistry、Chem. Commun.、Org. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces等高质量期刊上共发表论文14篇，1篇论文入选ESI“高被引论文”；申请专利2项，其中授权1项。