有机共晶的可控制备及其光电性能

High-performance or multifunctional organic optoelectronic materials is a current hot research topic, however, the widely investigated one-component organic materials generally exhibit only one kind of electronic or optical property due to the unbalanced electronic coupling of the frontier molecular orbitals and other intrinsic structure factors. Compared with one-component organic crystals, multicomponent organic crystals with different packing structures and aggregation states show a variety of novel optoelectronic properties through multi-component synergistic and collective effects, paving the way to the development of high-performance or multifunctional optoelectronic devices. By introducing molecular recognition groups with π???π, S???S, electron donor???acceptor, dipole???dipole, N-H???N or C≡N???X noncovalent interactions, we design to synthesize organic materials, which are expected to have excellent ambipolar charge transporting behaviours or high photoelectric conversion efficiency, or combine charge transporting behaviours with light emitting properties. Consequently, we aim to prepare the cocrystals with orderly morphology and uniform size by crystal engineering and study the optoelectronic performances by device fabrication. More importantly, the good understanding on the relationship of molecular structure-packing structure-device performance will give insight into the development of novel organic cocrystals with outstanding optoelectronic properties.

具有高性能、多功能的有机光电材料是近年来的研究热点，然而目前报道的绝大多数有机材料是单一组分，由于材料分子前线轨道不平衡的电子偶合作用等本征因素的限制，主要表现为一种电学性能或光学行为。双组分或多组分有机共晶的晶体堆积方式和聚集态与单组分晶体有很大不同，通过不同组分之间的协同和集合效应，表现出丰富新颖的光电性质，为器件高性能化、多功能化提供了一类非常重要的材料来源。我们通过引入电子给受体作用、π…π作用、S…S、偶极偶极作用、电子给受体作用、N-H…N键或C≡N…X等分子识别基团，设计合成高性能双极性电荷传输、高光电转换效率或兼具电荷传输和发光的有机共晶材料分子，结合晶体工程学，可控制备形貌规整、尺寸均一的有机共晶，进一步研究其器件光电性能。并通过对材料分子结构-共晶堆积结构-器件性能紧密关系的阐释，指导开发光电性能优异的新型有机共晶。

具有多功能的有机光电材料是近年来的研究热点，然而到现在为止，报道的绝大多数有机晶体材料都是单一组分，由于材料分子前线轨道不平衡的电子偶合作用等本征因素的限制，单一有机分子晶体主要表现为一种电学性能或光学行为。双组分或多组分有机共晶的堆积方式和聚集态与单组分晶体有很大不同，更为重要的是，通过不同组分之间的协同和集合效应，表现出丰富新颖的光电性质，为器件高性能化和多功能化发展提供一类非常重要的材料来源。.我们重点研究了共晶基元材料设计合成与电荷传输、共晶材料可控生长以及在光电器件中的应用，取得了一系列创新性的研究成果。研究了不同给受体比例共晶可控制备方法及其堆积结构对光电性能影响；操控具有二维导向的分子间弱相互作用力，揭示了有机晶体的光波导性质与分子排布结构关系；建立了卤键共晶中“组装行为-分子排布结构-电荷转移作用-光电性质”之间的关系，通过改变分子排布方式来调控电荷转移作用，从而导致截然不同的宏观光电性质；获得了共晶基元材料堆积结构-电子耦合作用-电荷输运的关系规律，开发了优异性能的电荷传输共晶基元材料；提出了分列柱堆积结构电子给受体共晶属于分子尺度异质结，是一种新型有机太阳能电池接触模式，从实验上证实了光伏效应，为我们理解激子的分离和电荷的复合提供了一种理想模型；基于电荷转移作用共晶，借助机械探针辅助移动有机晶体的方法构筑共晶光波导耦合器，实现了基本的光子学逻辑门功能；基于卤键作用，开发了“分子内发光”的 共晶材料；最后研究了溶剂响应形变的有机共晶体系，进一步拓展共晶在智能响应领域的应用范围。.项目执行期内，在J. Am. Chem. Soc. (3)、 Adv. Mater. (2)、Angew. Chem. Int. Ed. (3)等期刊上共发表SCI论文11篇，申请专利3项，授权专利1项。