吩噻嗪-氰基乙烯类力致变色AIE材料的合成、性能与应用研究

Mechanofluorochromic aggregation-induced emission (AIE) materials have attracted great interest in optical information recording, mechanosensors, and luminescent device. However, traditional mechanofluorochromic AIE materials have some urgent problems, such as lack of comparability and little reactive site, which seriously hampered their development and application. In this project, we intent to select phenothiazinyl phenylacrylonitrile with multiple reactive sites as core structure to synthesize multi-series comparable compound by rational design of peripheral substituents and regulation of reactive sites, and investigate the structure-property relationship of mechanofluorochromic AIE materials to reveal the mechanofluorochromic mechanism. Firstly, we choose phenothiazinyl phenylacrylonitrile as core structure, and introduce alkyl chain, halogen group, donor-acceptor π-conjugated structure into the various reactive sites to synthesize multi-series mechanofluorochromic AIE materials. Secondly, we investigate the relationship among molecular structure, aggregated structure, and mechanofluorochromic behaviour of these synthesized compounds. Finally, we fabricate optoelectronic devices through vacuum deposition and solution coating to explore the application of these materials in the field of light-emitting device and optical information recording. The project will led to establishment of mechanofluorochromic AIE theory and the development of novel mechanofluorochromic AIE materials, which has important theoretical significance and application value.

力致变色聚集诱导发光（AIE）材料在光学信息记录、压力传感器和发光器件等领域中具有重要应用，但传统力致变色AIE材料存在缺乏可比性和反应位点少的问题。本项目拟选择具有多反应位点的吩噻嗪-苯基氰基乙烯为结构基元，通过外围取代基团的分子设计和反应位点的调控，合成多系列具有可比性的化合物，研究力致变色AIE材料的结构与性能关系，揭示力致变色机理。项目围绕三方面展开：1、以吩噻嗪-苯基氰基乙烯为结构基元，在不同反应位点上引入烷基链、卤素、推-拉电子基团等，合成若干系列力致变色AIE化合物。2、研究合成化合物的分子结构、材料聚集态结构和力致变色发光性能之间的关系，揭示力致变色发光机理。3、采用真空蒸镀和溶液涂膜等技术，制备高效荧光器件，初步探索这类材料在发光器件、光学信息记录等领域中的应用。本项目将为建立力致变色聚集诱导发光理论和开发新型力致变色AIE材料打下良好基础，具有重要的理论意义与应用价值。

纵观国内外力致变色AIE材料的研究进展，尽管取得了长足进步，但是目前关于这类材料的结构与性能关系的研究仍处于初步阶段，力致变色机理尚未有统一的认识。这主要是因为所制备材料具有较大的结构差异，缺乏一定的可比性。因此，选择合适的分子结构基元，进行合理的分子结构设计，合成多系列具有可比性的化合物，研究力致变色AIE材料的结构与性能关系，进而揭示力致变色机理，具有重要的科学意义和应用价值。. 本项目通过合成以吩噻嗪-苯基氰基乙烯为结构基元、外围取代基团可调控的力致变色AIE化合物，研究材料的结构与性能关系，揭示力致变色机理，并初步探索这类材料的应用。本项目研究工作主要围绕以下三个方面展开：1）研究吩噻嗪-氰基乙烯类衍生物合成与性能，探索材料聚集态变化和光谱变化的关系规律；2）构建高灵敏聚合物/AIE荧光气体传感器，研究器件性能；3）通过有序组装构建导电纳米线阵列器件用于有机气体检测。. 在本项目支持下，申请人作为通讯联系人，共发表与项目内容相关的SCI论文3篇。代表性结果叙述如下：1）AIE材料的力致荧光变色性能需要具有适中的分子极性、能隙以及结晶性能。2）所制备的聚合物/AIE荧光气体传感器的灵敏度可以达到5 ppm，通过调整聚合物的侧链结构可实现对性质相似有机气体的精确检测。3）所制备的导电纳米线阵列器件用于有机气体检测的灵敏度可以达到0.5 ppm。