脱氢枞酸基D-A结构分子内电荷转移化合物的合成及发光机制

Intramolecular charge transfer(ICT) compounds with D-A structures have shown to be an excellent candidate as organic electroluminescent materials because of their unique molecular structure and photoelectric properties. However, ICT compounds remain many unsolved problems, for example, lower luminescent efficiency, unclear luminescent mechanism, and lack of theoretical basis of the development of ICT state luminescent material. Rosin is one of our country’s featured forest resources. And dehydroabietic acid triarylamine compounds posses rigid fused ring structure of rosin acid and triarylamine group with electron rich conjugated system. Based on the results of the last project funded by NNSF, a series of dehydroabietic acid based compounds with D-A structures will be synthesized through Suzuki coupling reaction by using dehydroabietic acid triarylamine as donor and electron-withdrawing groups with aromatic rings(such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, acridine, and so on) as acceptor. Their photophysical behavior, electrochemical property, and thermal stability were studied. In addition, their ICT rules and luminescent mechanism will also be explored by the quantum chemical calculation methods, the relationship between structure and property of ICT state luminescent material will be studied as well. It is one of applications of biomass in OLED. Results from this project are expected to provide theoretical guidance for the development of innovated D-A structure ICT state luminescent material. Furthermore, it could supply a new way for the high value utilization of rosin.

D-A结构分子内电荷转移（ICT）态化合物以其独特的分子结构和光电性能，成为电致发光材料的首选。目前，ICT化合物的发光效率普遍较低，发光机制尚不明确，缺乏合成高性能ICT态发光材料的理论支撑。松香是我国特色的林业资源，脱氢枞酸三芳胺是具有松香酸刚性稠环结构的富电子共轭体系。本项目在已完成基金项目取得成果基础上，将天然产物的利用与ICT态材料需解决的基本科学问题相结合，以脱氢枞酸三芳胺作为电子给体，以具有芳香环（萘、蒽、菲、芘、吖啶等）的吸电子基团作为电子受体，通过Suzuki偶联反应合成系列脱氢枞酸基D-A结构化合物。通过实验方法研究化合物的光物理行为、电化学性质以及热稳定性能；利用量子化学方法研究它们的ICT态规律，阐明其发光机制，建立ICT态材料结构和性能之间的关系。这是将生物质材料用于OLED的深入探索，为研究和开发新型ICT态发光材料提供理论指导，为松香的高值化利用探索新途径。

D-A结构分子内电荷转移（ICT）态化合物以其独特的分子结构和光电性能，成为电致发光材料的首选。本项目以三芳胺为供体，芳烃为受体设计并合成了三个系列D-A结构化合物，并对它们的光物理性能、电化学性能、轨道能级及空穴传输性能展开研究，探讨结构对性能的影响，取得如下研究成果：.1. 以三芳胺为电子供体，苯、萘、蒽、菲、芘为电子受体，通过C-N偶联的方法合成了3个系列共15个D-A结构化合物，通过1H NMR、13C NMR及MALDI-TOF MS等手段对化合物的结构进行表征。.2. 对三个系列D-A结构化合物的紫外吸收光谱、荧光发射光谱、量子产率和荧光寿命以及溶致效应进行了详细研究。结果显示：（1）电子受体种类对化合物的紫外吸收和荧光发射光谱均有较大影响，而多个受体的引入使得吸收波长发生红移，吸光度增大，而脱氢枞酸骨架及多个受体的引入均使得化合物的发射波长发生红移。（2）化合物的紫外吸收光谱和荧光发射光谱均具有明显的溶致变色效应。（3）三个系列化合物具有较高的量子产率、较好的荧光寿命。.3.利用Gaussian 09程序，采用密度泛函DFT/B3LYP方法，以6-31G*为基础，优化得到了三个系列化合物的分子构型，HOMO、LUMO能级和能隙值，分析了化合物的荧光性能与分子结构之间的关系。结果显示，三个系列化合物中都是以蒽为受体的化合物的能隙值最小，最易发生电子跃迁，可能具有更好的荧光性能，与实验所测得的荧光发射的结果一致。.4. 测试了三个系列D-A结构化合物的热稳定性、电化学性能，并通过循环伏安法测得化合物的氧化还原电位，计算出HOMO、LUMO轨道能级及能隙值，结果显示，所合成的三个系列化合物均具有较好的热稳定性、合适的HOMO能级（-5.15-4.93eV），可以作为多层OLED器件的空穴传输材料。将化合物作为空穴传输材料运用到OLED器件中，通过对器件性能的测试，发现器件1a的性能最优，它的启动电压、最大亮度和最高效率分别为2.83 V、21445 cd/m2、4.94 cd/A，优于对照的NPB器件。.另外，进行了脱氢枞酸三芳胺基D-π-A结构化合物的合成及性能研究。.本研究实现了将生物质材料用于OLED 器件的设想，为松香在电致发光材料领域的推广应用提供理论指导。