聚(四硫代富瓦烯-3,4-亚乙基二氧噻吩)的合成与电致变色性能研究

导电聚合物作为一种先进材料，是当今世界上有机合成领域及材料界的一个研究热点。聚噻吩不仅具有较高的导电率，而且还具有电致变色性能。本项目拟设计一种含TTF单元的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)，这是一种结构新颖的聚合物，可由3,4-亚乙基二氧噻吩衍生物与TTF衍生物合成其单体，再通过化学或电化学的方法聚合。这种聚合物经化学或电化学掺杂后具有适当的导电率且导电状态在空气中稳定，在普通的有机溶剂中具有较高的溶解度，能用铸膜的方法制成膜。该薄膜涂布在玻璃上具有电致变色性能，通过调节电压可改变该薄膜的颜色，故可调节阳光入射到室内的强度，达到调节室内温度的目的，起到类似于空调的作用。若能普遍应用，则可望取得节能减排的效果。期望通过本项目的研究，可为这类材料实现商业化的应用奠定基础。申请者在近几年里对TTF类聚合物进行过较为系统的研究，具有丰富的经验和良好的实验条件，取得过一些成绩。

本项目的目的在于制造出一种含噻吩和四硫代富瓦烯单元的聚合物，期望这种聚合物具有电致变色性能而且能够涂布在窗户玻璃上，通电后可以调节附着在玻璃上膜的颜色，以调控入射到室内的阳光强度，进而起到调节室内温度以达到节能的效果。按照这个思路，合成出四种噻吩衍生物，尤其是3,4-亚乙基二氧噻吩(EDOT)的衍生物，三种四硫代富瓦烯衍生物。在此基础上，将这些EDOT衍生物和TTF衍生物经反应组合成了结构新颖的分子组装物（EDOT-TTF），最后将后者经电化学聚合（或化学聚合）的方法得到了三种结构新颖的聚合物(聚EDOT-TTF、聚EDOT-乙炔-芴-TTF和聚PRODOT-TTF)。电化学性能研究的结果显示，在聚合物中的TTF单元其氧化电位均与它们各自的单体氧化电位相当，表明在聚合物中，这些TTF单元均稳定存在。导电性能的研究结果表明，聚EDOT-TTF和聚EDOT-乙炔-芴的单体在掺杂前无导电性，经TCNQ掺杂后导电率在10-5 S/cm数量级。聚EDOT-TTF和聚EDOT-乙炔-芴-TTF的导电率分别为10-2 S/cm和10-3 S/cm数量级，分别比其单体的导电率高102 ~103 S/cm。研究中还发现聚EDOT-乙炔-芴-TTF具有荧光分子开关性能。有关聚合物的电致变色性能研究仍在进行中。此外，还开展了对噻咯(silole)类化合物的研究，分别设计出两个合成子(1,1-二甲基-3,4-二苯基-2,5-二溴-噻咯和1,1-二甲基-3,4-二苯基-2,5-二(5-溴-2-噻吩基)噻咯)，利用它们已合成出一些聚合物或树状分子，所得聚合物或树状分子的能隙(energy gap)较小，易于从分子的基态跃迁到激发态，非常适合与TTF类化合物组合成具有分子内电荷转移性能的化合物，其中部分聚合物或树状分子还对苦味酸和三硝基甲苯十分敏感，可用于对此类爆炸物的检测。本项目已经发表研究论文10 篇(含1篇被接受文章，全部被SCI 收录)，另有2篇已投稿正在评审中，培养了4名博士生(其中2人已经取得学位)和4名硕士(均已取得学位)，较圆满地完成了本项目。