“核-壳”型并五苯类聚集诱导红光材料的合成与性能研究

The red emission materials, which have aggregation-induced emission (AIE) property, have potential application on optoelectronic devices, chemosensors, biomedical imaging and so on. However, the red emission materials lag behind. In this project, a new class of "core-shell" pentacene AIE-active red emission materials with high quantum yield have been designed which contain the pentacene derivatives and the AIE-active tetraphenylethene (TPE) derivatives. The luminescence property of the new molecules is modified by the AIE-active TPE and the substituents steric effect. A new class of "core-shell" anthradithiophene AIE-active emission materials have been designed to investigate the sulfer heteroatom effect. The AIE property, stability, redox property, single crystal, aggregation morphology and the synergistic effect of "core" and "shell" are studied systematically. The crystal luminescence is characterized at different crystal packing state. The correlation of structure and AIE property is clarified based on crystal paking and aggregation morphology. This project will provide some instructions on design and synthesis new AIE-active emission materials with high quantum yield.

聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)型红光材料在光电器件、化学传感和生物成像等领域具有广泛的应用前景。然而该类材料发展相对滞后。本项目拟合成以并五苯衍生物为"母核"，AIE型四苯乙烯(TPE)衍生物为"壳"的"核-壳"型高荧光量子效率的聚集诱导红光材料。利用"壳"的AIE特性和取代基的空间位阻效应来有效地调控分子的发光性质。同时为考察硫杂原子效应，设计合成"核-壳"型蒽并二噻吩类聚集诱导发光材料。系统研究新材料的AIE性质、稳定性、氧化还原活性、单晶结构、聚集态形貌和"核"与"壳"之间的协同作用。探索不同晶体堆积状态下晶体的发光特点。构建分子的晶体堆积结构、聚集态形貌与AIE特性关系的模型。阐明结构与相关性能的内在联系和规律，为设计、合成新型高荧光量子效率的聚集诱导发光材料提供理论指导。

荧光材料由于在化学传感器和发光二极管等方面的广泛应用而成为人们研究的热点。然而，大部分有机荧光材料都表现出聚集诱导荧光淬灭(aggregation-caused quenching, ACQ)的特点，大大限制了其广泛应用。2001年唐研究小组首次报道了一种聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)材料。AIE型发光材料有效地解决了传统发光材料的ACQ问题，引起人们广泛的研究兴趣。. 四苯乙烯(TPE)是AIE材料中最有代表性的一种，它具有大的尺寸和螺旋桨形状。由于其结构简单、合成方便，易功能化、AIE性质明显等优点成为现阶段AIE研究中最常用的分子之一。并五苯衍生物是目前发现的在溶液中发射红光的有机发光材料之一，是一类重要的光电材料。将TPE与传统的ACQ发光团相结合，可以使新分子也具有AIE性质。设计并合成了四苯乙烯修饰的并五苯类衍生物和四苯乙烯修饰的蒽并噻吩类衍生物。初步荧光性质研究发现新分子都具有AIE性质。进一步的性质研究正在进行中。. 寡聚噻吩衍生物是一类重要的p型有机半导体材料。设计并合成了噻吩修饰的四苯乙烯衍生物。系统的性质研究发现新分子都具有AIE性质，可以作为灵敏的化学传感器来检测易挥发有机溶剂和易爆炸物。. 为了探索不同取代基对四苯乙烯发光性质的影响，设计合成了具有完全对称结构的化合物TPE-4R。系统的性质研究证明新分子的AIE性质都优于TPE，进一步的应用研究正在进行中。. 基于四苯乙烯的结构，将噻吩取代四苯乙烯骨架中的苯环合成了1,1,2-三苯基-2-(2-噻吩基)乙烯衍生物。另外在本项目的资助下，还研究了对三联苯类衍生物的光学性质和单晶结构。