含芘单元的多维平面共轭大分子的设计、合成及性能研究

Conjugated macromolecules are widely applied in the fields of organic light-emitting, organic photovoltaic cells, organic field effect transistors, organic sensor and organic information storage because of their special photoelectric characteristics. The oligomers and polymer possessing huge congugated planar system are important ones of the conjugated families. In this project, many kinds of planar conjugated macromolecules containing pyrene units will be designed and synthesized, the macromolecules include one and multi dimensional oligomers and polymers. Focused on the factors that affected polymer molecular weight, including the monomers structure especially fused-ring monomers and large bulk monomers, many kinds of catalyst ligands will be applied in polymerization reaction to improve molecular weight. The synthesized route will be optimized to improve molecular weight and reduce structural defects. Many model compounds will be synthesized to be used in the relevant study of relationship between the ring-closure reaction yield and polymer structural defects, meanwhile the generating conditions and influencing factors of the regioisomers in intermolecular ring-closure reaction will be also studied. The heteroatoms will be introduced into the planar conjugated macromolecules to control the abilities of conductivity and luminescence. Finally the planar conjugated macromolecules with clear structure will be obtained to enrich the conjugated polymers, furthermore the optical and electrical properties will be investigated, the new material will be applied in the field of functional studies and self-assemble.

共轭大分子通常具有特殊的光电特性因此在有机发光 、有机光伏电池、有机场效应晶体管、有机传感器以及有机信息存储等领域有着广泛的应用。具有平面结构的共轭大分子是共轭大分子中重要的一类材料，被广泛应用于光电器件及自组装方面的研究。本项目从结构设计出发，设计合成多种含芘单元的平面共轭大分子，包括一维和多维的平面共轭齐聚物和聚合物。研究聚合单体结构尤其是稠环及大位阻单体对聚合反应分子量的影响，并将采用多种催化剂配体提高难聚合单体的聚合分子量；优化合成路线，探索提高聚合物分子量、减少结构缺陷的聚合方法。同时合成模型化合物，研究分子内关环反应收率与聚合物结构缺陷的关系，及分子内关环异构体的产生条件和影响因素；在平面共轭大分子中引入杂原子或杂环结构的分子，调节材料的导电性能和发光光谱，最终得到结构清晰的平面共轭聚合物材料，丰富共轭聚合物的种类，进而研究其光学、电学性质，并将材料用于器件和自组装研究。

共轭大分子因其特殊的结构被广泛的应用于光电及有机传感等研究领域，近年来尤其是一些具有平面结构的共轭大分子，例如石墨烯或带状分子，还有一些具有梯型结构的大分子等被广泛的应用到太阳电池及有机场效应等研究领域，并取得了显著的进展。这些研究大多集中在小分子上，关于此类结构的聚合物合成报道较少，本项目从结构设计出发，合成了多类含有芘单元的带状分子或梯型聚合物，并对梯型聚合物的反应条件进行探索，找到高效的形成梯型结构的反应条件，其成环收率都在95%以上；同时对聚合中的异构化现象进行了研究，找到影响异构体的因素，为研究梯型聚合物的构效关系提供经验。同时在聚合物中引入具有吸电子官能团的受体材料，如苝酰亚胺、萘酰亚胺等官能团，通过优化催化体系，合成出具有受体单元的梯型聚合物，并将此类材料应用到太阳电池和有机场效应的应用研究，能得到5%以上转换效率，为梯型聚合物在光电领域的应用打下基础。本项目还设计合成了一些具有硼-氮桥连接的梯形聚合物，其成环收率都在95%以上，因为硼原子含有空轨道，希望此类材料能有一些特殊的光电性质。在此项目的资助下，还开展了一些具有条件响应的光电材料研究，得到能检测10-6M双氧水的光电传感材料，希望给以后的研究拓宽领域。