【摘 要】
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作为新一代的照明显示技术,有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLED)具有色彩丰富、自发光、轻薄、可弯曲、耗能少、低成本等优点。有机发光小分子作为OLED器件发光层的核心材料,因其具有结构易修饰、易功能化、种类多和生物相容性等优点,引起材料产业界广泛关注。但是多数发光小分子在薄膜和固体状态时存在聚集诱导猝灭(Aggregation-caused quenc
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作为新一代的照明显示技术,有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLED)具有色彩丰富、自发光、轻薄、可弯曲、耗能少、低成本等优点。有机发光小分子作为OLED器件发光层的核心材料,因其具有结构易修饰、易功能化、种类多和生物相容性等优点,引起材料产业界广泛关注。但是多数发光小分子在薄膜和固体状态时存在聚集诱导猝灭(Aggregation-caused quenching,ACQ)现象,限制了它们在OLED中的应用。具有聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)性能的材料则刚好相反,在高浓度或聚集态下其发光强度反而增加,AIE的出现为突破传统发光小分子发展中的桎梏提供了可行性转机。因此,设计合成出新型AIE性能的有机发光材料对促进OLED产业的发展至关重要。为了提升发光材料的性能,得到具有AIE性能的发光小分子材料,本文以1,8-萘二甲酰亚胺类衍生物作为核心基团,对其不同位点引入不同的基团进行修饰,设计并合成了一系列结构简单、成本较低和产率较高的新型发光材料,同时探讨了化合物的光致发光性能、电化学性能、热稳定性、荧光寿命以及量子产率等,具体的工作内容分为以下三个部分:第一部分,以1,8-萘二甲酰亚胺类基团作为分子骨架,N-苯基咔唑基团为供电子单元设计合成了化合物SNI-Cz和SNI-DCz。测试结果表明,两者均表现出良好的热稳定性;溶液中荧光发射峰分别在373 nm和535 nm处,分别为近紫外和绿色荧光。采用循环伏安法(CV)测试得到两者的HOMO能级分别为-5.80 e V和-5.36 e V,LUMO能级分别为-2.45 e V和-2.58 e V。两者的固体荧光量子产率分别是8.21%和83.65%。通过密度泛函理论(DFT)对两者进行理论计算,得出化合物的空间几何构象及电子云分布情况。两个分子均具有扭曲的空间结构,咔唑基团与1,8-萘二甲酰亚胺骨架空间上呈近乎垂直的构象,可以有效的弱化固态时分子间堆积引起的聚集猝灭现象。通过在DMF/H2O混合体系中测试SNI-Cz和SNI-DCz的荧光发射,可以明确两个化合物具有AIE效应。第二部分,为了进一步提高化合物的发光强度和量子产率,在第一部分的基础上,引入二乙胺基香豆素基团作为生色团,设计合成了热稳定性良好的化合物SNI-XDS和SNI-DXDS,在紫外灯下分别显示绿色或橙色荧光。通过NMR与HRMS确定两者结构。通过CV测试得到两者的HOMO能级位于-5.51 e V和-5.24 e V,LUMO能级分别是-2.92e V和-2.75 e V。使用DFT进行理论模拟,得出两者的分子空间构型及电子云分布情况。SNI-XDS和SNI-DXDS的固体荧光量子产率分别是58.92%和39.50%。连接双支香豆素基团的SNI-DXDS在甲苯、二氯甲烷、DMF等常用的有机溶剂中溶解性较低,需在以后的研究中进一步的优化结构。第三部分,基于以上两个体系的研究结果,为了解决上述化合物中存在的发光弱或溶解性不佳等问题,设计合成了以双支萘酰亚胺衍生物为核心单元,分别以N-苯基咔唑和三苯胺基团为供电子单元的具有蝴蝶状构型的发光材料DNI-Cz和DNI-TPA。该体系旨在利用分子的扭曲结构使化合物具有一定AIE性能,限制分子聚集,改善分子间的堆积形貌,提高其固态发光性能。通过NMR与HRMS确定目标化合物的结构,两者均表现出良好的热稳定性。DNI-Cz和DNI-TPA在溶液中的荧光发射峰分别在538 nm和600nm处,紫外灯下显示出黄绿光和红光。两者的HOMO能级和LUMO能级分别为-5.33e V/-5.36 e V和-2.59 e V/-2.99 e V;使用DFT进行理论模拟,得出两者的几何构象和电子云分布情况。DNI-Cz和DNI-TPA的固体荧光量子产率分别是81.32%和79.09%。在DMF/H2O混合溶液体系中进行荧光测试,结果表明两个化合物都具有明显的AIE特性。
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