新型σ-π共轭聚硅氮烷的设计合成及光电性能研究

设计合成新型共轭体系聚硅氮烷，系统研究分子链结构与材料性能的构效关系对硅基共轭聚合物光电材料的研究与应用具有重要意义。本项目从选择单体出发，采用计算机模拟和实验相结合的手段，提出了将富电子基团（炔基、芳基、芳胺基等）引入到聚硅烷主链中，构筑基于刚性共轭单元和Si-N柔性链结构交替的σ-π共轭聚硅氮烷这一新的分子设计思路，合成一系列新型σ-π共轭聚硅氮烷小分子、齐聚物及线性聚合物，研究材料在溶液和固体状态下的光电性能。从聚合物分子结构对光物理和电化学性能的影响关系入手，阐明新型材料结构与性能相关性的机制，揭示分子结构与光电性能间的构效关系；根据结构与性能的相关性对分子结构进行再优化设计，达到通过分子链结构进行光电性能调控的目的。该项工作的顺利完成为设计合成新型σ-π共轭聚硅氮烷光电材料奠定理论基础，为发展新型有机光电功能材料开辟一条新的可行途径，对有机硅光电材料的研发及应用具有重要意义。

本项目主要研究了新型的基于σ-π共轭体系的聚硅氮烷的合成及其光电性能。从分子结构设计以及合成路线的设计出发，通过不同的缩聚、反应将富电结构单元（炔基、胺基、芳基、芳类杂环等）引入到硅烷聚合物体系中，首先设计合成了主链含炔基共轭结构的主要合成中间体；在此基础上设计合成了一系列的主链含炔基、芳基、芳胺基等共轭结构单元的σ-π共轭分子体系，包括有机小分子化合物、具有不同共轭长度的齐聚物以及线性聚合物等；系统研究了它们在溶液和固体状态下的光电性能，结合量子化学理论计算，探讨了主链共轭体系及侧链取代基团等分子结构因素对最大吸收波长、最大发射波长、荧光量子效率、三阶非线性光学系数等光物理性能以及氧化还原电位等电化学性能的影响，建立了结构和性能间的相互关系；并通过进一步优化分子结构设计，筛选出具有优异光电性能和良好可加工性能以及储存稳定性能的光电功能新材料，并对将其应用于有机光电器件的制作进行了尝试，在光电传感器领域取得了较好地效果。通过本项目的研究，为新型共轭功能分子的设计与合成提供了理论依据；实现了分子结构和性能的可调控，为制备共轭聚合物提供了一种结构明确、合成路线简单、实验条件可控的技术方案；开发了基于σ-π共轭体系聚合物在有机光电器件方面的应用研究。该项目的研究内容与结果撰写国家发明专利4项，授权2项；发表学术论文共计13篇，其中被SCI收录11篇，被EI收录2篇；国际先进水平成果鉴定2项；获省部级科技进步奖二等奖1项，三等奖3项。