基于苝酰亚胺有机共轭高分子的合成及性能探究

Conjugated molecules are signification for organic chemistry. Polycyclic aromatic hydrocarbons are the classical functional conjugated molecular systems in the field of organic electronics. Because of the excellent carrier-transporting properties, they have widely applied to organic optoelectronic materials and photocatalysis. Perylene-3,4;9,10-tetracarboxylic acid diimides (PDIs) have attracted great attention in the past decade as excellent n-type semiconductors, which have successfully applied to organic field effect transistors (OFETs), organic photovolitaics (OPVs) and organic light emitting diodes (OLEDs). This project will design and synthesize a series of novel PDI-monomers, optimize the reaction conditions of monomers and constructed 1-dimensional, 2-dimensional or 3-dimensional conjugated molecular framework to obtain new type of organic polymer functional materials. By increasing the scale and dimension of organic conjugated molecules, the photoelectric properties of materials can be synergized and improved. The PDIs were introduced into the conjugated polymers to further improve the performance of n-type semiconductors. In addition, we will further study the application of this new type materials in host-guest assembly, adsorption, detection, photocatalysis, and provide a detailed experimental basis for future design and synthesis.

有机共轭功能材料是当前有机化学的重要研究领域之一。稠环芳烃是有机电子学领域经典的功能共轭分子体系，因离域π键优异的电荷传输能力，在光电、催化等领域已被广泛应用。苝酰亚胺作为经典的n型半导体分子，已经成功应用于OFET、OPV、OLED等领域，并得到了非常好的性能。本项目设计合成新型苝酰亚胺功能单体，深入研究和优化反应条件，构筑一维、二维甚至三维共轭分子骨架，得到新型有机高分子功能材料。一方面，通过增大有机共轭分子的尺度及维度，从而达到更理想的电子离域模型，协同放大材料的光电性能。另一方面，在共轭分子骨架中引入苝酰亚胺这类经典材料，来进一步提高共轭高分子的光电性能，尤其是n型半导体性能。除此之外，我们将进一步研究此类新型材料在主客体组装、吸附、检测、以及光催化等方面的应用，深入挖掘材料性能，为今后设计合成提供详实的实验基础。

随着社会发展以及气候、环境变化，人们对碳排放越来越重视，为确保“碳达峰，碳中和”目标的顺利达成，越来越多清洁能源项目收到人们关注。本项目1）开发功能共轭分子体系，应用于有机光伏等领域，降低成本，改善性能；2）设计合成新型反应中间体及反应类型，为今后设计合成提供详实的实验基础；3）设计合成新型有机共轭功能材料。.苝酰亚胺分子作为经典的n型半导体材料，已经成功应用于OFET、OPV、OLED等领域，并得到了非常好的性能。本项目设计合成了新型苝酰亚胺功能单体，得到新型有机高分子功能材料，包括新型羰基衍生中间体，稳定共轭自由基结构等。.除此之外，在其他共轭分子领域，也进行了有效设计和深入研究。在有机光伏领域，对经典非富勒烯受体材料进行改性，基于非共价相互作用设计策略的合成了具有简单分子砌块受体材料以及基于不对称设计策略的具有良好溶液加工性能的受体材料。.目前，已得到光电转化效率15.29%的非稠环受体分子；具有良好溶解性的Y型分子，器件效率达到17.14%；吸收光谱达到1350 nm的苝酰亚胺衍生物等。其中，有机光伏材料的设计策略及实验结果，对今后有机光伏材料降低成本、进一步实现良好溶液加工性能具有重要意义。基于稳定苝酰亚胺自由基结构，提供了新的中间体及相关衍生化反应，其设计策略对今后得到稳定自由基阴离子材料具有重要意义，同时，相关材料在近红外光热材料、有机磁材料等领域有潜在的应用价值。