非金属催化聚合共轭聚合物的合成及其器件性能研究

Non-metal catalyzed polymerization for conjugated polymers has the advantages of without using toxic organometallic reagents and bringing non-organometallic wastes and expensive catalyst. In this project, we will choose varied conjugation length, different electronic effect, and tunable solubility of aromatic monomers, and further these non-metal involved polymerization conditions would be investigated in details, such as the necessary catalyst, additive, solvent and so on, thus series conjugated polymers with unique structures would be achieved . Moreover, the van der Walls interaction between hetero-atoms was introduced to tune the molecular conformation and the self-assembly of the polymers. Therefore, both molecular energy levels and structures have been rationally controlled. The relationships of polymerization condition-molecular structure—processing condition—thin film morphology-device performance would be studied. This project would provide us kinds of novel “green” polymerization methods to synthesize conjugated polymers and supply us molecular architectures and basis of conjugated polymers.

非金属催化合成共轭聚合物具有不使用有机金属单体，不生成金属副产物以及不使用金属催化剂等优点。本项目将选取系列含有不同共轭长度的，不同电子效应的，不同溶解度性能的共轭芳香单体，对其非金属催化的聚合方法进行详细探索研究，发展实现这些单体实现高效聚合所需的催化剂体系与聚合反应条件以及实现多类共轭聚合物材料体系的分子设计新概念和新方法。在此基础上，进一步通过优化分子单体的结构，在材料设计中引入杂原子的非键相互作用，调控单体及聚合物的自组装功能，实现分子能级结构和结构的控制，建立聚合方法-分子结构－加工方式－薄膜形貌－器件性能的关系。上述研究将为光电功能共轭高分子的“绿色”制备提供新方法，为调控共轭聚合物的结构提供化学手段和基础。

共轭聚合物的合成主要有金属催化偶联的Stille聚合，Suzuki聚合以及近些年发展的C-H 功能化聚合，虽然高效，但是缺点也非常明显，如：昂贵，步骤繁琐，纯化困难，副产物多，涉及有毒的金属试剂， 不满足原子经济及可持续发展的需要。因此，更为经济与环境友好的聚合反应方法的探索变得十分重要，其中合理的单体设计策略、高效的聚合方法、以及对聚合物的结构和性能之间构效关系的深入研究具有十分重要的意义。.1）创新性的将醛化学引入共轭聚合物的制备，通过简单的路易斯酸催化Aldol聚合制备具有独特结构的半稠合的新型共轭聚合物体系，此反应体系表现出优异的底物通用性，聚合物显示出很高的数均分子量（Mn），良好的溶液加工性能，结合侧链工程，系统研究了聚合物结构与光电性能，分子堆积，器件性能之间的关系，聚合物实现了优异的平衡双极性传输性能。2）PTSA 催化制备得到了噻吩稠环的BBBT-P 和 BBBT-N两种 “梯形”的聚合物，同时通过自身偶联聚合高产率的制备了大共轭体系的BBBT-BBBT自聚物，系统研究其光电性质。3）我们通过一种低成本、高原子经济性的酸催化的醛醇缩合聚合反应制备了一系列新型的基于苝二亚胺和异靛蓝异构纯的强缺电子的刚性棒状半导体聚合物，系统研究其光电性质。4）通过非金属催化聚合制备多种高性能的基于缺电子的lactone的n型有机电化学晶体管(OECT)活性层材料，通过改变聚合物骨架的给体和受体单元，进一步调控离子电子混合传输性能及器件性能参数。