基于扭曲的给体轴-受体轴交叉共轭结构的压致变色小分子及其电致变色聚合物

Organic mechanochromic (MC) materials and electrochromic (EC) materials are two promising optoelectronic functional materials. However, MC molecule and EC polymer with the same building block have never been reported in literature. Herein, a distorted donor (D) axis–acceptor (A) axis cruciform conjugated system with spatial separated HOMO and LUMO is designed to have electroactive unit and chromophore unit distributing on the D axis and A axis respectively. The molecules with such D-A cruciform architecture are expected to exhibit MC property as monomer and show EC performance when polymerized. A series of high contrast MC molecules and multicolor-showing EC polymers are achieved by modifying the D axis and A axis units to control MC property of small molecules and EC performance of polymers respectively. The project is to explore the relationship between cruciform conjugated structures, charge transfer, aggregation structure with MC property and EC performance from the level of molecular and supramolecular, which will provide theoretical basis and experimental basis for the preparation of MC-EC bifunctional organic materials.

有机压致变色（MC）和电致变色（EC）材料是两种具有潜在应用前景的新型光电功能材料，通常两者具有不同的分子结构，目前含同种分子结构单元的压致变色小分子及电致变色聚合物尚未见文献报道。本项目提出一种基于扭曲的给体(D)轴-受体(A)轴交叉共轭结构的分子设计策略，这种交叉共轭结构拥有空间分离的HOMO和LUMO，可将电活性基团和生色基团分别分布在D轴和A轴上，有望实现基于同一分子结构单元的小分子MC功能和聚合物EC功能。通过优化D轴、A轴的取代基，可分别调控小分子的MC和聚合物的EC性能，设计合成一系列高对比度的压致变色小分子及具有多色显示性能的电致变色聚合物，从分子及超分子水平深入探讨交叉共轭结构--电荷转移--聚集态结构--压致变色--电致变色性能之间的关联，为最终有机MC-EC双功能材料的设计提供前期理论基础与实验依据。

有机力致变色（MC）和电致变色（EC）材料是两类具有潜在应用前景的新型光电功能材料，但目前对它们的的分子设计策略和性能调控手段缺乏深入研究。本项目提出一种扭曲的给体轴-受体轴交叉共轭结构的分子设计策略，初步实现了基于同一分子结构单元的小分子MC功能和聚合物EC功能，并可对MC和EC性能分别进行调控。在此基础上，设计合成出一系列高性能的力致变色小分子及具有多色显示性能的电致变色聚合物，并深入探讨分子结构-空间构型-聚集态结构-光电性能之间的内在联系。主要研究内容及重要结果概述如下：. 设计合成了一系列给体轴-受体轴交叉共轭的单体结构，发现交叉共轭型体系固态发光的显著红移主要与构象趋于平面化和随之增强的分子内共轭及电荷转移有关。研究了一系列交叉共轭型D-A体系的ICT程度对固态发光和压致变色响应能力的影响，发现该体系同时可制备电致变色功能的聚合物薄膜。由此提出了基于给体轴-受体轴交叉共轭结构的分子设计策略，初步揭示了D轴-A轴取代基变化对MC和EC性能的影响规律。. 为研究分子间作用力对力致变色性质的影响，设计合成了基于氰基烯烃D-A结构的机固态发光小分子，发现当晶体中存在诸如C-H•••π和π•••π这种强分子间相互作用力时，在普通机械力作用下不变色，而施加高压时出现力刺激变色的原因是分子间次级键的增强和分子内构象的改变。. 为探究分子构型对材料力致变色性质的影响，设计了数种分散的二聚体呈人字形排列的基于D-π-A-型染料的多晶型物。这种分散二聚体叠加的发光体具有宽范围的红移和高灵敏度的深红色到近红外力致变色行为。. 设计合成出不同结构、不同系列的新型高性能电致变色材料，并对其结构-界面-性能之间的关联进行了系统的研究。设计以苯作为中心核，三个多联噻吩作为支臂连接在中心的苯基上构成星形结构，实现材料的多色显示；改变分子的有效共轭长度，调控材料的电致变色性能；借助D-A-D’非对称结构的设计，增加材料的亚稳态，丰富材料的电致变色性能；通过有机-聚合物、聚合物-聚合物的复合来提升材料的电致变色性能。.