聚集誘導發光化合物的分子設計與性能研究

《聚集誘導發光化合物的分子設計與性能研究》是依託東北師範大學，由楊國春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聚集誘導發光化合物的分子設計與性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊國春
• 依託單位：東北師範大學

項目摘要

聚集誘導發光化合物能夠在聚集或固態條件下，通過改變分子組成、扭曲構象、剛性結構、堆積形態等調節發射強度和波長，使其在光電材料、生物感測器等領域具有廣闊套用前景。目前，大多數研究是根據實驗現象歸納和總結，進而推斷產生此現象的原因，而理論上僅僅通過分析其前線分子軌道分布、單線態與三線態能量差或分子間相對排列來研究這一現象，非常有必要開展系統的理論研究。本項目旨在套用分子動力學和量子化學手段，通過精確計算和分析分子間相互作用力、電子結構、分子軌道、基態和激發態結構、載流子傳輸及能量轉移路徑等因素，同時結合最新理論研究成果，探討聚集誘導發光化合物的發光機理，找到提高聚集狀態發光效率的關鍵因素，深入系統地研究聚集誘導發光化合物的結構與性能之間的關係，為設計合成具有高發光效率和高載流子遷移率的新型聚集誘導發光材料提供理論依據。

結題摘要

根據申請書的研究計畫，課題組人員認真執行，完成了項目的預定目標，在本項目支持下總計發表SCI論文45篇（其中，影響因子大於3.0的23篇；應邀撰寫綜述性論文1篇）。本項目主要從以下三方面開展工作：聚集誘導發光材料的設計、合成及其發光機理研究；探討電子傳輸材料的傳輸機理以及分子間相互作用對傳輸性質的影響；研究系列化合物的發光機理以及決定燃料敏化太陽能電池能量轉換效率的關鍵因素。離子銥配合物具有發光顏色易調節、良好的熱穩定性、長的激發態壽命、好的溶解性、易提純等優點。基於前期的理論基礎，設計併合成了系列離子銥配合物，它們均具有聚集誘導磷光發射（AIPE）的性質。我們針對這種極少見的現象，不但實驗上進行了光物理和溫度依賴的聚集誘導等性質的表征，還從理論上進行了探討。結果表明，分子內振動的限制是此類配合物具有聚集誘導發光性質的主要原因。此外，氧化-還原的可逆性、好的薄膜形成能力、優秀的熱穩定性及發光的開關效應等方面的性質進一步證實了此類材料在OLED和有機感測器等方面的潛在套用。在前期工作基礎上，我們通過合理調控輔助配體，首次合成了具有壓致發色發光性質的金屬銥配合物。通過研磨和加熱該配合物可以使其呈現出很好的可逆變色發光現象，在光信息存儲方面有著潛在套用價值，為金屬銥配合物的發展和套用開闢了新道路。同時可以對該類分子進行定向合成，為構築多功能化的金屬銥配合物提供有效的途徑。 獲得高的發光效率一直是器件科學工作者追求的目標，高的發光效率主要決定於載流子的注入、傳輸、平衡以及激子的輻射效率等因素。然而，電子傳輸材料的操作性能和穩定性一直落後於空穴傳輸材料，這成為制約有機電子學發展的一個重要因素。本項目結合密度泛函理論和分子動力學模擬，探討系列材料的電子傳輸性能，結果表明，完全一維π-π堆積並不利於材料的穩定與載流子的有效傳輸，反而豐富的傳輸通道能夠使載流子的傳輸各向同性，達到很高的遷移率；分子間相互作用和分子堆積方式是相互決定的，而體系的堆積方式決定了材料電子遷移率的高低。同時從光捕獲效率、電子注入的驅動力、重組能、光誘導產生的電子數目、垂直方向偶極矩以及電子複合的程度等方面探討燃料敏化太陽能電池的能量轉換效率問題，為合成設計新的高效染料提供了一定的理論指導。