基于马来酰亚胺的树枝状大分子全彩发光材料的设计、合成及性能研究

Tunable emission color and high solid-state quantum efficiency are two important issues in the construction of emitting materials. In this project, a series of dendrimers with different configuration (two, three or four branch core), different composition (core, dendrons, perpheral groups), different generation numbers (one, two, three or four), different emission color (blue, green, yellow, orange or red) based on easily functionalized arylmaleimide derivatives with tunable emission color will be designed and synthesized by the strategy combining divergent and convergent methods, employing alkylation reaction of imides. The researches aim at realizing tunable emission color and high solid-state quantum efficiency simultaneously, through suppressing the effect of intermolecular interaction on solid-state quantum efficiency for regional isolation effect of dendrimes, and adjusting emission wavelength by changing electronic effect of groups in maleimide. These dendrimers will be employed as light-emitting materials to fabricate devices of monochromatic light and white light, employing solution-processed method. The effect of dendrimers' configuration, composition and generation number on electroluminescence of devices as well as internal energy transfer mechanism of dendrimers will also be investigated. The results of researches will provide the theory guidance for designing solid-state light-emitting materials, improving properties of their devices, and realizing full-color displays.

可调的发光颜色和高的固态量子效率是有机荧光材料研究中的两个重要主题。本项目利用芳基马来酰亚胺衍生物易于功能化和发光颜色可调的性能，通过简单的酰亚胺烷基化反应，采用先发散后收敛的方法，拟设计并合成一系列基于马来酰亚胺荧光团的具有不同构型（两、三或四个方向引发）、不同组成（核、树枝和外围基团）、不同代数（一、二、三或四代）和不同发光颜色（蓝、绿、黄、橙或红）的树枝状大分子。研究旨在利用树枝状大分子的区域隔离效应和高度有序的三维空间结构抑制分子间相互作用对固态荧光效率的影响，通过改变马来酰亚胺上取代基的电子效应来调控发光颜色，以同时实现大分子在可见光范围内发射波长可控和高效的固态发光。并将这些树枝状大分子作为发光材料采用溶液法制作单色光和白光器件，揭示大分子构型、组成和代数对电致发光性能的影响规律，阐明发光材料内部能量转移机制，为全彩固态发光材料的设计、提高其器件性能和实现全彩显示提供理论依据。

发光波长的可控调节和高的固态量子产率，是有机发光材料实现高效全彩显示的关键因素。本项目以芳基马来酰亚胺为荧光团，通过改变芳基推拉电子效应来调控发光颜色，同时设计具有枝状分子结构来抑制分子间作用力，从而实现发光材料高的固态量子产率。主要研究工作包括以下三个方面内容：（1）以马来酰亚胺为核，分别以苯、苯基咔唑、噻吩和吲哚为取代基，通过偶联、取代、乌尔曼等反应设计并合成一系列全彩芳基马来酰亚胺支化分子，光致发光性能研究表明这些发光材料具有多重刺激荧光响应性质和独特的结晶诱导发光性质，在数据处理、荧光传感和分子逻辑等领域具有广泛的应用前景；（2）选用高效的芳基马来酰亚胺为荧光团构建具有不同构型和代数的全彩枝状大分子材料，实验和理论研究显示枝状结构抑制了分子内旋转和分子间作用力，最大程度的保护荧光团，使得大分子材料在溶液和固态都具有强的发射，固态量子产率高达92%，并首次采用双核策略设计合成一系列枝化结构完整的单一白光大分子，通过现代分析手段对枝状发光材料的结构和性能进行了表征，建立了构效关系；（3）遴选出发光效率高的枝状大分子材料作为单一发光层，采用溶液旋涂法制作电致发光器件，研究发现大分子的组成与结构对器件的性能有较大的影响，并通过优化器件条件，得到高效、稳定的电致白光，发光效率、功率效率和外量子效率分别达到了17.4 cd/A， 10.9 lm/W和6.17%，这些结果为枝状大分子发光材料的应用提供了理论依据。项目执行期内，在J. Mater. Chem. C, Chem. Eur. J., Org. Biomol. Chem., Phys. Chem. Chem. Phys., Dyes Pigm., Org. Electron.等期刊上发表标注基金资助的论文21篇，其中SCI收录18篇；申请相关专利5件；共培养了4名硕士生，并协助指导了3名博士生。