利用雜原子調(diào)控有機(jī)光電材料性能,是設(shè)計(jì)高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料的重要手段。大量基于含硫原子雜環(huán)的化合物表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,如:聚噻吩、苯并噻吩類衍生物、稠合噻吩化合物等。硒原子與硫處于同一主族,表現(xiàn)出與硫原子相似的物理及化學(xué)性質(zhì),但是半徑更大,更容易極化,且能容納更多的電荷注入。此外,含硒元素的有機(jī)化合物由于分子間易產(chǎn)生Se-Se相互作用而使固態(tài)下分子的排列更加緊密有序,分子間作用力增強(qiáng),從而有助于載流子的傳輸。同時(shí)Se具有重原子效應(yīng),增加了自旋軌道耦合能力,促進(jìn)系間竄躍（ISC）,有利于產(chǎn)生三線態(tài)。而且硒吩的氧化還原電位比噻吩更低,可增強(qiáng)材料對(duì)氧的穩(wěn)定性。據(jù)此,用硒元素替代硫元素有可能為開發(fā)高性能有機(jī)光電材料提供新思路。本論文從在有機(jī)芳香化合物中引入S,Se雜原子來調(diào)控其光電性能入手,設(shè)計(jì)合成一系列含有雜原子的新型有機(jī)稠環(huán)分子,通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,探究它們的光電性質(zhì)。具體研究工作如下:1.設(shè)計(jì)并合成了一系列基于噻吩和硒吩的具有強(qiáng)給電子能力的有機(jī)共軛稠環(huán)化合物CTT、BTT和BTS,并與有機(jī)受體分子（TCNB和TCNQ）以1:1比例組裝制備有機(jī)共晶體。通過理論計(jì)算與光譜研究,證實(shí)了3... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

a）硫和硒在元素周期表中的位置；b）分別以“selenopheneandorganicsemiconductor”和“”作為關(guān)鍵詞在數(shù)據(jù)庫中檢索出每年

硒吩（聚硒吩）具有比噻吩（聚噻吩）更低的帶隙，因此，光電器件中硒吩衍生物的光吸收和顏色與噻吩有所不同，能夠吸收更廣頻譜的太陽光且更容易實(shí)現(xiàn)熱、電場激發(fā)[9-11]。同時(shí)Se具有重原子效應(yīng)，增加了自旋軌道耦合能力，促進(jìn)系間竄躍（ISC），有利于產(chǎn)生三線態(tài)。據(jù)此，用硒元素替代硫元素將為開發(fā)高性能有機(jī)光電材料的研究開辟新思路。從圖1-1可以看出，基于硒吩衍生物的有機(jī)半導(dǎo)體材料逐年增多，但是相比于已被廣泛研究的噻吩類有機(jī)半導(dǎo)體材料，其發(fā)展較為緩慢，主要原因在于硒吩有機(jī)共軛分子的合成具有較高的挑戰(zhàn)性。圖1-2a）寡聚噻吩(10T)(■)和寡聚硒吩(10Se)(○)的10-聚體的鍵長交替；b）寡聚噻吩(50T)(■)和寡聚硒吩(50Se)(○)的50-聚體的鍵長交替[12]。圖1-2a和1-2b分別為寡聚噻吩（10T/50T）和寡聚硒吩（10Se/50Se）的10/50-聚體的鍵長交替圖[B3LYP泛函/6-31G(d)機(jī)組計(jì)算]。x軸表示從共軛鏈的一端開始的C-C鍵數(shù)量，三個(gè)連接點(diǎn)的重復(fù)集合對(duì)應(yīng)的y值代表硒吩環(huán)內(nèi)C-C鍵鍵長，而x軸上第四個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)環(huán)間C-C鍵鍵長，這些點(diǎn)僅作為視覺輔助，方便觀察C-C鍵位置而鏈接，無任何其他意義。10-聚體中10T和10Se的平均環(huán)間距離分別為1.442和1.435，50-聚體中50T和50Se的平均環(huán)間距離分別為1.440和1.433，寡聚硒吩中的環(huán)間鍵距明顯短于寡聚噻吩，而硒吩環(huán)內(nèi)的鍵長與相應(yīng)的噻吩環(huán)內(nèi)的鍵長非常相似。因此，這表明寡聚硒吩比相應(yīng)的噻吩類似物更容易實(shí)現(xiàn)平面化，具有更多的醌式特征，可以實(shí)現(xiàn)更好的平面共軛。這會(huì)對(duì)聚硒吩的帶隙產(chǎn)生影響，與文獻(xiàn)報(bào)道的聚硒吩帶隙一般小于聚噻吩相符[12]。1.2.2硒吩衍生物常見的合成方法硒吩作為經(jīng)典的含硒有機(jī)共軛化合物的砌塊單元，早在19世紀(jì)人們就已經(jīng)開始了對(duì)其合成的研究。硒吩可以通過多種反應(yīng)合成[13]，1885?

的芳族化合物。由于這些氮雜硼烷化合物的合成和提純都面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此早期的研究工作主要致力于合成方法和化學(xué)性質(zhì)表征[50]。隨著氮雜硼烷化學(xué)的發(fā)展，BN嵌入的芳族化合物在生物醫(yī)學(xué)，配位化學(xué)和材料科學(xué)中被廣泛應(yīng)用[51-53]，這引起了人們對(duì)這類分子家族的關(guān)注。結(jié)合BN單元使PAH具有新的光學(xué)和電子特性，其在光電器件中的應(yīng)用極具發(fā)展?jié)摿54]。然而，嵌入BN的芳族化合物的光電應(yīng)用研究仍處于起步階段。BN嵌入芳香族化合物中主要有三種類型的BN雜環(huán)，包括基于BN共價(jià)鍵，基于BN配位鍵和不直接相連的BN取代的分子，見圖1-5。圖1-5三種類型的氮雜硼烷化合物Pei等人在2013年制備了首個(gè)基于BN取代的多環(huán)芳族化合物S23的OFET器件，并獲得了最高達(dá)0.15cm2V-1s-1的空穴遷移率[55]。之后，作者又對(duì)烷基側(cè)


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