苝酰亚胺/酞菁衍生物氢键复合材料合成及应用研究

合成系列具有质子受体基团的苝酰亚胺和系列具有质子给体基团的金属酞菁的盘状液晶衍生物，研究其化学结构与液晶性能、光物理性能及电子结构之间的关系，筛选出向列相盘状液晶材料，用于制备单层或多层的光发射二极管，探讨盘状材料分子聚集态结构（分子有序排列）与发光二极管性能关系；将上述两系列化合物通过共混制备氢键盘状液晶复合材料；研究该系列氢键复合盘状液晶材料的液晶性质、化学结构（柔性链长度、两分子氢键连接结构）、光物理性能关系；筛选出具有类柱状相液晶材料，通过自组装制备电子、空穴"双通道型"光伏器件，探讨有机层分子的取向结构与光伏器件性能之间的关系，优化复合材料体系及取向条件，光伏器件结构，为制备高性能的光伏器件提供实验依据。

大环共轭的苝酰亚胺及金属酞菁是重要的有机半导体材料，通过化学结构修饰可以调节该类材料的聚集态结构和能级结构，在众多有机电子器件中获得广泛的应用。. 本课题旨在合成系列含有吡啶基团的苝酰亚胺衍生物和含有羧基的金属酞菁衍生物，利用吡啶与羧基之间强氢键相互作用，构筑苝酰亚胺/金属酞菁衍生物的氢键复合材料，研究苝酰亚胺衍生物、金属酞菁衍生物及其氢键复合材料在太阳能电池、场效应晶体管、阳离子识别与探测、碱性还原性气体的检测，光催化性能等方面；探讨上述材料分子结构、分子堆积结构、电子结构与各种性能之间的相互关系。取得重要成果如下：.（1）通过优化合成路线，利用一步法合成了系列高产率的胺位吡啶，三烷氧基苯取代非对称的苝酰亚胺衍生物，研究了该材料的分子结构、分子堆积结构、电子结构和光物理性能关系；该类材料在15V下，其电流可达5*10-3A特性；.（2）首次利用碱处理获得了系列苝酰亚胺衍生物自由基离子盐，探讨了温度、溶剂、碱、还原电位、化学结构等和苝酰亚胺衍生物自由基离子盐之间的关系；发现了苝酰亚胺衍生物离子盐的酸碱可逆变色及溶剂变色，预测了酸碱变色机理，该自由基离子盐在具有氧化性阳离子（比如：Cu2+， Fe2+， Fe3+等）存在下，产生明显吸收光谱变化, 检测极限超过了美国标准；.（3）具有较低还原电势的苝酰亚胺衍生物（PYPDI）在定容积下, 不同肼蒸汽浓度下, 电流-电压曲线产生明显变化，引起电流呈现10-100倍增加, 具有应用前景的碱性还原气体敏感材料；.（4）成功制备、表征了苝酰亚胺/OH-Ti3C2、苝酰亚胺/GO有机无机复合材料，其在有机溶剂中具有稳定的高分散性和溶剂显色现象；.（5）成功制备、表征了苝酰亚胺/金属酞菁氢键复合材料，该类材料对有机颜料（罗丹明）光催化活性比相应的金属酞菁高1.5倍；. 相应的研究成果发表在 Adv. Optical Mater；Materials Letters； Tetrahedron等国内外科技期刊：发表论文21篇， SCI收录论文12篇，三区以上论文3篇，申请3项发明专利。