新型寡聚呋喃并苯分子的结构调控与性质研究

The preparation of well-defined organic semiconductors with high mobility have become a hot topic for synthetic researchers and material scientists, which provide more room to approach the organic optoelectronic materials. In this work, we are engaged in the synthetic endeavor to realize the furan-fused acene derivatives. The introduction of furan unit into acene can change the molecular configuration and spatial arrangement, enhance their stability and antioxidation. Thus, the exploration of synthetic method, tuning the optoelectronic property and investigating the mobility will be studied in detail. This study can be beneficial for the molecular design, the fabrication of organic display materials, the integration and development of organic chemistry and material chemistry.

发展结构规整的高迁移率有机半导体分子能为开发新型有机光电材料提供更多机遇，也是一大挑战，成为合成工作者和材料化学家研究重点之一。为此，本课题拟用呋喃环代替苯环，植入到多并苯分子主体骨架之中，构建呋喃、苯环交替并合的芳烃分子。呋喃单元的引入能够改变所得分子的空间构型和排列，增加分子的稳定性和抗氧化能力。基于这一思路，重点探索呋喃并苯分子的高效合成，调控分子的光电性质，测试分子的载流子迁移率。这一研究能丰富有机光电材料的分子结构设计，发展高性能的有机显示材料，促进有机化学和材料化学等相关学科的融合发展。

发展高性能的有机半导体材料并测试其光电转换性能近些年广受科研工作者关注。相比于氮、硫等杂原子，含氧杂环相对较少，但是这类材料又具有其独特优势，因此开发这类材料并研究其性能吸引了科学家的关注。本课题于2016年由国家自然科学基金委立项资助，课题组严格按照项目书计划，开展了相关研究工作，一些工作也做了拓展性探索，取得了阶段性的研究成果：（i）揭示了在强酸作用下呋喃并苯类分子的形成机理；揭示了强给电子基团三苯胺引发碘催化下轴手性呋喃并苯二聚体的形成机理。（ii）功能化的呋喃并苯类分子作为功能层，构建的电致发光器件可以实现单一分子发射白光；呋喃杂环的引入，有效的增加了材料的双光子吸收截面，机理揭示截面的增加归因于双光子吸收和双光子诱导的激发态吸收造成的；策略性的合成了一系列轴手性呋喃并苯类芳烃分子，手性拆分获得的单一镜像异构体具有优良的不对称因子，为构建新型的圆偏振光材料提供新的设计思路；将环戊二稀分子引入稠环芳烃，制备了系列含有螺烯结构单元的稠环芳烃，环戊二稀单元的引入，降低了分子的HOMO能级，有效增加了分子的抗氧化能力，提高了分子稳定性，且分子在氧化剂作用下呈现自由基特征，为构建新型磁功能材料提供了可能。（iii）目前在国际学术SCI检索期刊上发表论文18篇，在投稿4篇，获得河北省自然科学奖二等奖1项（排名第一）。培养硕士研究生9名，工作主要为在读博士1名，公务员2名、中学教师2名，企业业务骨干4名。目前在读博士1名，硕士生6名。成立了“有机纳米材料与分子器件”研究团队，研究方向主要集中在含有螺烯和杂螺烯结构单元的类石墨烯材料的设计合成及光电转换器件方面的研究，共有三位老师在一起开展合作研究工作。（iv）共参加国外学术会议1次，国内学术会议6次，邀请专家老师到校学术交流2次。