含二氰乙烯基两亲性分子的自组装与力致变色性质研究

Organic mechanochromic materials belong to an important class of smart materials. This project intends to design and synthesis of a series of rod-coil type amphiphilic molecules based on dicyanomethylenated π-system. Then highly luminescent mechanochromic materials will be constructed based on these amphiphilic molecules. Various intermolecular non-covalent interactions exist in the assemblies, e. g. hydrogen bonds, π…π interactions, dipolar interactions. This project will have a deep understanding of the synergetic between these intermolecular non-covalent interactions on the molecular assembling. The assembly structures are reversibly converted by external stimuli (mechanical force, heating, organic vapor, humidity, and so on). And new mechanochromic materials that with a non-emissive state and various emissive states will be obtained. The change of molecular packing and non-covalent interactions under external stimuli will be discovered. The relationship between molecular structure, assembly structures and mechanochromic properties will be established. This work will provide new ideas in prepare mechanochromic materials with various emission states.

有机力致变色材料是一类重要的智能材料。本项目拟基于含二氰乙烯基π-共轭体系,设计合成刚柔嵌段的两亲性分子，构筑高效发光的力致变色材料。探讨亲疏水作用、氢键、π…π相互作用、偶极相互作用等分子间弱相互作用对两亲分子组装过程的协同作用；研究机械力、加热、有机溶剂分子、水分子等刺激对组装体结构及分子间弱相互作用的影响（氢键的可逆破坏形成、π…π相互作用强度和分子偶极排列的调控等），实现在荧光关闭状态（OFF state）和多个不同发光颜色状态（ON state）之间的可逆转换；深刻认识刺激作用下分子空间排列的调整和各种分子间弱相互作用的变化，建立组装结构与发光性能的关系；总结分子结构、自组装结构与力致变色性质之间的关系。本项目的研究将为设计制备具有多种荧光状态的力致变色材料提供一种思路。

我们在项目实施过程中，紧扣项目计划要点，开展了基于吖啶酮力致变色材料的制备与性质表征工作。合成了一系列含吖啶酮和二氟化硼β二酮的高效发光材料，研究了其光物理性质与分子聚集态结构之间的关系。ADBF2-a表现出三种发光颜色，可以通过研磨的刺激响应性质。有趣的是，ADBF2-b不仅具有力致变色性质，还表现出对有机酸碱分子刺激的高度敏感的荧光开关响应，经过三氟乙酸蒸汽处理后，ADBF2-b溶液和薄膜的荧光迅速淬灭。加入三乙胺或除去三氟乙酸蒸汽后，荧光又即刻恢复。这一开关响应具有高对比度，在有机酸检测方面具有应用前景。此外，我们通过Ullmann反应合成了一系列吖啶酮取代的氰基苯乙烯化合物AD-n (n=1, 2, 3)，AD-3固体粉末在机械力、有机溶剂分子的刺激下能在黄色的结晶态和蓝色的无定形态之间进行转换。合成了基于芘并苝酰亚胺稠环的梯形乙烯基桥连齐聚物和聚合物，研究了其光物理性质和电化学性质，作为受体材料应用于有机光伏器件中，并研究了分子构型与器件形貌、器件性能之间的关系。发表SCI论文4篇，其中IF>3.0的两篇。