含硫、硒元素的有機光電分子的設(shè)計與合成
發(fā)布時間：2021-01-25 02:48
利用雜原子調(diào)控有機光電材料性能,是設(shè)計高性能有機半導體材料的重要手段。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,從而有助于載流子的傳輸。同時Se具有重原子效應(yīng),增加了自旋軌道耦合能力,促進系間竄躍（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,可增強材料對氧的穩(wěn)定性。據(jù)此,用硒元素替代硫元素有可能為開發(fā)高性能有機光電材料提供新思路。本論文從在有機芳香化合物中引入S,Se雜原子來調(diào)控其光電性能入手,設(shè)計合成一系列含有雜原子的新型有機稠環(huán)分子,通過理論計算與實驗相結(jié)合,探究它們的光電性質(zhì)。具體研究工作如下:1.設(shè)計并合成了一系列基于噻吩和硒吩的具有強給電子能力的有機共軛稠環(huán)化合物CTT、BTT和BTS,并與有機受體分子（TCNB和TCNQ）以1:1比例組裝制備有機共晶體。通過理論計算與光譜研究,證實了3...
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：80 頁
【學位級別】：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現(xiàn)熱、電場激發(fā)[9-11]。同時Se具有重原子效應(yīng)，增加了自旋軌道耦合能力，促進系間竄躍（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半導體材料逐年增多，但是相比于已被廣泛研究的噻吩類有機半導體材料，其發(fā)展較為緩慢，主要原因在于硒吩有機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)機組計算]。x軸表示從共軛鏈的一端開始的C-C鍵數(shù)量，三個連接點的重復集合對應(yīng)的y值代表硒吩環(huán)內(nèi)C-C鍵鍵長，而x軸上第四個點對應(yīng)于一個環(huán)間C-C鍵鍵長，這些點僅作為視覺輔助，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現(xiàn)平面化，具有更多的醌式特征，可以實現(xiàn)更好的平面共軛。這會對聚硒吩的帶隙產(chǎn)生影響，與文獻報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)典的含硒有機共軛化合物的砌塊單元，早在19世紀人們就已經(jīng)開始了對其合成的研究。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性質(zhì)表征[50]。隨著氮雜硼烷化學的發(fā)展，BN嵌入的芳族化合物在生物醫(yī)學，配位化學和材料科學中被廣泛應(yīng)用[51-53]，這引起了人們對這類分子家族的關(guān)注。結(jié)合BN單元使PAH具有新的光學和電子特性，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0.15cm2V-1s-1的空穴遷移率[55]。之后，作者又對烷基側(cè)
本文編號：2998410
【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：80 頁
【學位級別】：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現(xiàn)熱、電場激發(fā)[9-11]。同時Se具有重原子效應(yīng)，增加了自旋軌道耦合能力，促進系間竄躍（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半導體材料逐年增多，但是相比于已被廣泛研究的噻吩類有機半導體材料，其發(fā)展較為緩慢，主要原因在于硒吩有機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)機組計算]。x軸表示從共軛鏈的一端開始的C-C鍵數(shù)量，三個連接點的重復集合對應(yīng)的y值代表硒吩環(huán)內(nèi)C-C鍵鍵長，而x軸上第四個點對應(yīng)于一個環(huán)間C-C鍵鍵長，這些點僅作為視覺輔助，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現(xiàn)平面化，具有更多的醌式特征，可以實現(xiàn)更好的平面共軛。這會對聚硒吩的帶隙產(chǎn)生影響，與文獻報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)典的含硒有機共軛化合物的砌塊單元，早在19世紀人們就已經(jīng)開始了對其合成的研究。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性質(zhì)表征[50]。隨著氮雜硼烷化學的發(fā)展，BN嵌入的芳族化合物在生物醫(yī)學，配位化學和材料科學中被廣泛應(yīng)用[51-53]，這引起了人們對這類分子家族的關(guān)注。結(jié)合BN單元使PAH具有新的光學和電子特性，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0.15cm2V-1s-1的空穴遷移率[55]。之后，作者又對烷基側(cè)
本文編號：2998410
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