具有空间电荷转移特性的有机硼光电功能分子的研究

The organoboron pi-conjugated molecules have attracted considerable research interest owing to their unique optoelectronic properties and extensive potential applications in a wide range of fields. In this project, we will investigate on the design, synthesis, optoelectronic properties and applications of the novel organoboron pi-conjugated molecules, which contain lateral electron-donors and electron-withdrawing boryl groups and thus exhibit intramolecular through-space charge-transfer transitions. Based on our preliminary results on the organoboron pi-conjugated molecules exhibiting intramolecular through-space charge-transfer transitions, we will design and synthesize a series of this kind of molecules, including those exhibiting one-direction and two-direction through-space charge-transfer transitions, those containing donors with active hydrogen to form hydrogen bond as well as those containing functionalized donors. On this base, the photophysical properties of the obtained compounds will be fully characterized to elucidate the structure-property relationships. In addition, their applications as long-wavelength emitting materials in organic light emitting devices, bio-imaging and their uses as the fluoride fluorescent sensors in aqueous phase and the bifunctional fluorescent sensors will also be explored. We believe that our results on this project will provide some basis for the further design of novel organoboron pi-conjugated materials, which will be finally applied in the real optoelectronic devices.

有机硼pi-共轭分子以其独特的光电性能和广阔的应用前景成为目前有机光电功能材料研究领域备受关注的一个研究方向，本项目主要研究电子给体和吸电性硼取代基均在共轭体系侧链的具有空间电荷转移特性的新型有机硼pi-共轭分子的设计合成、光电性能以及应用。首先在预研工作的基础上，将设计合成一系列具有空间电荷转移特性的有机硼pi-共轭分子，其中包括具有单向和双向空间电荷转移特性的有机硼pi-共轭分子、给电子基团含有活泼氢以及给电子基团官能化的具有空间电荷转移特性的有机硼pi-共轭分子；在此基础上，系统研究所得pi-共轭分子的光电性能，结合理论计算，揭示分子结构与光电性能间相互关系的内在规律；并探索其作为长波长发光材料在有机电致发光器件、生物成像领域的应用，以及作为水相氟离子荧光探针和双功能化探针的应用，从而为开发性能优异具有应用前景的有机硼pi-共轭新材料提供指导。

在本项目的支持下，我们围绕o,o’-位氨基和硼取代基取代的联芳基共轭体系，一方面系统研究了体系的构效关系，另一方面探索了体系在有机光电领域的应用，研究发现：（1）o,o’-位二甲氨基和二米基硼取代的联苯（o,o’-NMe2-BPh）具有非常独特和光学性能，尽管二甲氨基和二米基硼之间非常拥挤，二者仍位于联苯主链的同一侧，更为重要的是，这一化合物不仅固体量子效率高，而且Stokes位移特别大，发射波长特别长，这些性能特点是通过对其它共轭体系如二苯乙炔和二苯乙烯进行结构上的修饰所难以实现的。（2）相对于常见p,p’-位氨基和硼取代基取代的线性联苯共轭体系，通过改变氨基，更易于调控o,o’-位取代联苯共轭体系的构象以及光学性能。当二甲氨基被二苄基氨基取代后（o,o’-BNBn2-BPh），氨基和硼取代基不再位于共轭主链的同一侧，而是扭向了的两侧，与此同时荧光发射显著蓝移，理论计算表明o,o’-NMe2-BPh的结构特点有利于激发态下H-SOMO能级的稳定；如果以二苯氨基来代替二甲氨基，发射波长进一步蓝移（o,o’-BNPh2-BPh），而且o,o’-BNPh2-BPh的联苯主链具有基本完全垂直的构象使得它具有小的单线态-三线态能隙和高的三线态能级，进而可以用作有机蓝光和绿光磷光器件的主体材料。（3）以o,o’-NMe2-BPh作为核心骨架对其进行结构上的修饰，不仅调控体系的光学性能，而且可以获得识别两种干扰性离子氟离子和氰基负离子的双功能探针、同时识别氟离子和汞离子的双功能比率荧光探针，以及在特定温度下荧光急剧增强并在冷却后保持强荧光进而可以检测某一特定温度的温度荧光探针。（４）当将二甲氨基和二米基硼引入到1,1’-联萘的o,o’-位时（BN-BNaph），氨基所连萘环和邻近米基的苯环之间存在着强的π-π相互作用，不仅可以限制米基的自由旋转，而且使得对应于同一联萘构型的三价硼中心的两种构型具有不同的稳定性，进而可以实现由联萘的轴手性向三价硼中心螺手性的传递。这些系统的研究结果，不仅为新型三芳基硼类有机光电功能材料的设计提供了一定的理论基础，而且拓展了三芳基硼类有机光电功能材料的应用范围。