新型电控荧光聚合物的设计合成及性能研究

Electrofluorochromic polymers have gained much exposure in recent years due to their reversible switching of fluorescence intensity upon electric potentials. Therefore, many of electrofluorochromic polymers have been prepared and utilized in their potential applications, such as photoelectric conversion devices, biological information storage, chemical sensors and intelligent displays. However, their electrofluorochromic performance can’t reach the benchmark of practical application. It is therefore of interest to synthesize high performance electrofluorochromic polymers. In this project, we demonstrate the synthesis of several non-conjugated electrofluorochromic polymers from electroactive oligoanilines, fluorescent groups and tunable groups. The fluorescence can be electrochemically turned on and off by enabling/forbidding internal electron transfer and/or energy transfer between the oligoanilines and fluorescent groups. By virtue of the excellent electrochemical stability, low redox potentials, easy synthetic tailorability and decoration, as well as synergistic interplay between these functional groups, these polymers would exhibit high performance, including excellent stability, improved switching contrast and fast switching times. In addition, we further determine their structure-property relationships and electrofluorochromic mechanism in detail. We anticipate that this project provides a significant step in the realization of electrofluorochromic devices.

电控荧光聚合物是一种荧光性质可随输入电信号发生相应变化的智能高分子，在光电信息转换、生物信息存储、化学传感和智能显示等领域有着广泛的应用前景。但目前电控荧光聚合物的性能与实际应用的要求还有较大差距，因此，设计合成新型高性能电控荧光聚合物已成为荧光材料研究领域亟待解决的课题。本项目拟以苯胺齐聚物为电活性基元，通过分子设计，与荧光基团和调节基团共聚合，进行新型电控荧光聚合物的制备研究。利用苯胺齐聚物氧化还原态的电控转变，生成或消除其与荧光基团之间的电子/能量转移路径，实现聚合物荧光性质的电化学调控。利用苯胺齐聚物优异的电化学稳定性、低的氧化还原电位、简单的分子剪裁及修饰手段等优点，通过分子设计实现与其它功能基团的协同作用，有效地提高聚合物材料的电控荧光性能，对聚合物结构-性能关系及规律进行系统研究，阐明聚合物电控荧光的机理，为电控荧光聚合物的实际应用提供重要的实验依据。

为了获得高性能电控荧光聚合物材料，本项目以苯胺齐聚物为电活性基元，高发光效率的荧光分子作为荧光发射基元，通过分子设计，引入其它功能性调节基团，合成出电控荧光聚合物。利用苯胺齐聚物优异的电化学稳定性，低的氧化还原电位，简单的分子剪裁及修饰手段等优点，实现与其它功能基团的协同作用，有效地提高聚合物材料的电控荧光性能。首先，将苯胺齐聚物与荧光单体，通过共聚合的方式制备了一系列新型结构的线性电控荧光聚合物。利用苯胺齐聚物不同氧化态与荧光基团的作用方式的不同，形成或消除光致发光过程中能量转移的路径，进而实现了荧光的电化学调控行为。通过控制聚合条件，调节功能基团比例，引入调节基团等手段，能够有效地抑制材料荧光的聚集诱导猝灭现象，提高电控荧光过程中的开关比，加快电控荧光的转换速度。其次，提出了一种电化学水解交联反应，构筑了一种三维网状结构的交联型电控荧光聚合物。将电活性基团和荧光基团制备成的可水解硅氧烷单体混合涂敷于亲水化处理后的导电基底上，在电场力的作用下，作为电解质的水合氢离子能够反复的进入和脱出于混合涂层，而水合氢离子能够促使硅氧烷分子发生水解反应，形成交联结构，从而得到具有三维网状结构的交联型电控荧光聚合物。聚合物的三维网状结构及与导电基底之间的共价键连作用，使电控荧光性质的循环稳定性获得显著提升。另外，项目组还制备了苯胺基荧光复合材料和三苯胺基荧光聚合物材料，这两类材料的也显示出了优异的电控荧光性能。