硅芴基聚合物的合成及其在高性能蓝色发光二极管、太阳能电池、紫外探测器等方面的应用

基于最近申请人在聚硅芴合成方面的新发现，我们认识到聚硅芴实际上是一种性能优异的光电材料：其电致发光性能超过相似结构的聚芴，光伏转换性能在原基础上（PCE=5.4%）可望得到进一步提高。项目包括三部分：1. 在硅芴的侧基上引入咔唑、三苯胺等空穴传输基团后聚合（无水条件），以增强载流子注入，可望得到更高效和更高亮度的蓝光器件，目标是深蓝色器件效率大于4%，最大亮度大于20,000cd/m2。2. 在无水条件下合成硅芴与芘衍生物的共聚物，其中芘衍生物为电荷转移结构。通过改变芘的结构来研究三种电荷转移模型对聚合物光伏性能的影响，目标是器件PCE>6%，将电荷转移型聚合物的光伏性能提高到一个新水平。3. 将3,6-硅芴的均聚物或者共聚物与氧化锌等混合后制备新型紫外探测器，拓展共轭聚合物的用途。该项目的特色是：材料性能优异，有工作基础，创新空间大，且与目前最高的性能指标的差距较小，易出有显示度的成果。

本项目是我们围绕一种新型的聚硅芴材料开展的，首先是探索聚硅芴作为发蓝光材料的应用。2010年，我们合成了聚99-二苯基硅芴，效率达到2.2%，CIE(0.17，,0.13)，通过改变器件结构，可以将99-二苯基聚硅芴的效率提高到4.93%，文章发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2015。我们合成了带有空穴传输基团的聚硅芴，证明了聚硅芴材料是优异的发光材料，其性能优于聚芴。例如99-二咔唑聚硅芴的效率为4.1%，CIE为(0.16, 0.08)，而99-二咔唑聚芴的效率为1.96%, CIE为(0.19, 0.16)。我们发现其原因在于硅与碳相比有较强的σ效应，该工作已被Journal of Materials Chemistry C 2016接收，被选为内封面论文inside front cover。 . 当初我们也提出将聚硅芴应用于太阳能，后来发现，聚硅芴基太阳能器件效率约3.48%，论文还在修改中。为此我们也进行了稠环聚合物体系的探索。开发了两类新型的稠环类聚合物：菲并噻吩和二吲哚并吡咯。虽然合成工作充满挑战，工作量也很大，但器件的结果并不是很好（PCE分别为3.88%和1.2%），文章发表在Organic Electronics 2014和Tetrahedron 2016。. 在紫外探测方面我们也进行了研究方向的调整。聚36芴是申请人最早发明的发紫外光的宽带隙聚合物，我们研究发现，即使是采用螺环结构，聚36芴仍表现出很强的excimer现象。对于聚合物发光二极管来说，光谱的不稳定来源主要有excimer和酮式缺陷，聚36螺芴excimer现象的发现为我们指出了努力的方向。文章发表在Journal of Physical Chemistry C 2013。通过聚集态结构的调整，我们改善了光谱的稳定性，结果发表在Journal of Materials Chemistry C 2015。. 另外做了一些聚苯撑乙烯在金纳米粒子增强方面的工作，文章发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2014和Part. Part. Syst. Char. 2015上。