多三联吡啶衍生物金属有机高分子的设计、合成和自组装及其光电转换性能

This proposal will focus on the optoectronic properties of metallo-organic polymer by using a novel designed poly-terpyridine ligands and its metal complexes, the research path-way will spotlight the electron transfer properties of metall-organic polymer by means of poly-terpyridine and its analogues. Firstly, based on the structural related properties, design and synthesis several different structural orientated poly-terpyridine and its analogue；secondly, using poly-terpyridine ligands complex with transation metals, such as ruthuenium, osmium, iridium, palladium, platinum etc, via metal-to-ligand-change transfer, MLCT, to form various metallo-organic polymer supported optoelectronic materials for the purpose of finding state-of-art optoelectronic properties; thirdly, using several structural measurement tools to determine how metallo-organic polymers perform the optoelectronic efficiency and dye-sensitized solar sell; finally, investigating the micro-structural controlled morphology of metallo-organic polymer how to affect its electron-transfer property (especially focus on the self-organized behaviors and its molecular packing pathway, and its structure-property relationship), the most important is the association of the molecular self-assembly and its optoelectronic properties. This proposal will achieve the fundmental theoretic information of self-organized metallo-organic polymer and its related optoectronic propertise, in results of its applications in electronic industry and composite materials, this proposal also will build up the innovated techonogy and intellectual property.

项目以多三联吡啶金属有机高分子为研究对象，通过多三联吡啶有机配体及其类似物的结构调控改善材料性能尤其是分子内电子传运输性能。首先，针对多三联吡啶高分子的实际结构特点，通过有机分子结构设计合成具有不同配位取向和伸展的多三联吡啶高分子及其类似物；其次，三联吡啶配体与金属，如钌、锇、铱、钯、铂等，通过金属到配体电子转移（MLCT）形成一系列具有特殊性能的金属有机高分子光电材料；再次，通过测试材料的光电转换和氧化还原性能，分析其在光电转换装置和染料敏化太阳能电池（DSSC）等领域的应用前景；最后，探讨含三联吡啶的金属有机高分子配合物自组装取向和结构对其光电性能的影响，重点研究其在室温状态下的分子自组装行为和光电转移的关系。本课题将有利于丰富和发展金属有机高分子材料的光电学理论，也将为含三联吡啶的金属有机高分子复合材料的研制与应用提供理论支持，对发展有自主创新的新型光电材料具有重要意义。

从目前超分子领域的研究现状来看，以吡啶（Pyridine），二联吡啶（Bipyridine）与过渡金属配位形成的超分子结构的报道较多；基于三联吡啶金属离子超分子自组装化学的发展还存在诸多困难，三联吡啶超分子自组装结构的研究大部分都集中于有限的基于纯有机配体结构的自组装，由于有机合成构型配体来源有限，组装的结构无论从结构的新颖性和应用潜力已经遇到了极大的瓶颈。本项目以多三联吡啶配体的合成及其与各种过渡金属，如：钌、锌、镉等形成的有机金属环状配合物(有机金属超分子配合物)为研究对象，探讨三联吡啶金属离子自组装过程及其光电性能。研究内容立足于通过全新的三联吡啶金属有机配体的设计，合成一系列的新型含钌三联吡啶金属配体，在具有大分子量的三联吡啶过渡金属自组装形成新型超分子结构构筑方法上形成了突破，对三联吡啶超分子结构的设计和合成方法提供借鉴作用，同时探索三联吡啶金属配合物在其他应用方面的潜在价值。本项目的研究内容主要分为两个方面：.(1) 多三联吡啶配体的设计、合成.基于拓扑学、几何学设计一系列具有平面或空间角度的多三联吡啶配体。在配体分子上可引入不同的取代基，如：烷基、苯基、稠芳基等来增强金属有机分子的物理或光电性能，得到一系列波长及强度不同的发光性能的超分子构筑单元。通过对衍生基团和结构的选择来得到对pH值、离子等特殊官能团敏感的发光材料。.(2) 三联吡啶金属离子配位驱动的自组装.通过分步配合形成的金属有机配体，可以通过选择不同配体而形成不对称的钌配合物，将极大地丰富三联吡啶类金属配合物的组成，在结构中引入衍生基团或含其它配位金属，如Fe、Os、Ir等，获得具有优异光电性能的超分子材料。.相较于传统的纯有机三联吡啶配体，三联吡啶金属有机配体具有溶解性好、刚性强、合成步骤简单等优点。基于新型金属有机配体的自组装，我们合成了一个具有超大分子量（M> 33000 Da）的二维螺帽超分子结构。研究成果发表在JACS（1篇）, ChemComm（3篇）, RSC Advances（2篇），New Journal of Chemistry（1篇）等国际权威期刊上。