含硅宽禁带聚合物的设计合成与在光电领域中的应用研究

有机宽禁带共轭聚合物是一类具有较宽HOMO-LUMO能隙，发射高能光子的化合物。它可作为紫外发光材料，更重要的是可作为磷光染料的主体材料而具有广泛应用。综合性能优良的宽禁带材料是有机光电领域急需解决的材料体系。从硅原子特殊的电子结构分析入手，将硅引入共轭聚合物的主链上，合成一系列主链上具有不同官能团的含硅单元的无规及交替共轭聚合物，并结合咔唑等共聚单元的侧链端基功能化来辅助调节载流子注入与传输性能，发展具有优越半导体性能的宽禁带材料是本项目的特色。研究含硅化合物的共性与特点，硅碳键（σ-π*）与碳碳键（π-π*）共轭性质的差别及产生这些现象的本质原因。通过比较不同主链结构对聚合物三线态能级的影响，不同功能侧基对载流子注入与迁移性能的调节，及主客体能否发生有效的能量转移，提炼出普适性主体材料的一般性要求。进一步研究其作为紫外光探测器，传感器的活性层材料的性能，发展其在多种光电器件中的应用。

有机宽禁带共轭聚合物是一类具有较宽HOMO-LUMO能隙，发射高能光子的化合物,在多种光电器件中具有广泛应用。综合性能优良的宽禁带材料是有机光电领域急需解决的材料体系。本项目从硅原子特殊的电子结构分析入手，将硅引入共轭聚合物的主链上，合成一系列主链上具有不同官能团修饰的共轭聚合物与齐聚物，并通过不同的功能基团的引入调节载流子注入与传输性能。得到了一系列综合性能优良的宽禁带化合物,并且一些化合物器件性能表现优异。.项目执行期间发表论文15篇，其中包括2篇影响因子>9的论文（Adv. Funct. Mater.（2）），2篇影响因子>6的论文（Laser Photonics Rev.（1），Chem. Commun. （1）），8篇影响因子>3的论文（Chem. Eur. J.（2），Polymer（3），Org. Electron. （1）J. Mater. Chem. C（1），RSC Adv.（1）），并申请中国发明专利两项。.项目按计划完成了既定的研究内容，取得了如下的主要成果：（1）提出了独立调控光化学带隙与电化学带隙的宽禁带分子设计新概念，构造不存在分子内电荷转移的母体分子，并采用全硅骨架的化合物分别作为电子注入层、空穴注入层与发光层，使器件的最高电流效率与外量子效率分别达到了49.4 cd/A与27.5%，实现了基于宽禁带材料的高效磷光掺杂器件；（2）致力于开发一类新型双极性菲并咪唑基团用于宽禁带发光材料的构筑，得到了国际上已有报道的y值低至0.04的最高外量子效率（6.29%)的高性能蓝紫光器件；（3）通过不同外围基团有梯度地调节HOMO、LUMO能级，改善含硅宽禁带齐聚物的载流子的注入能力；采取侧基功能化构造双极性高性能宽禁带聚合物，利用界面的调控形成的短程有序结构大幅提高器件效率。以上工作加深了对含硅化合物的光谱特征、电子结构以及化学反应活性等的认识，为发展此类材料的结构性质关系奠定了基础，进一步提炼高性能含硅宽禁带材料的分子设计指导方法。