纯有机室温磷光高分子的制备、构-效关系及其应用研究

This project is planned to prepare a series of efficient and persistent pure organic room temperature phosphorescent polymers by the methods of living free radical polymerization, condensation polymerization, ring opening polymerization and so on. The phosphorescent monomers can be readily prepared by modifying the conjugation backbone of previously developed room temperature phosphorescent carbazole and triphenylamine derivatives with various functional groups. The systematic investigation on the influence of the monomer structure, and the chain structure, molecular weight and aggregated morphology of target polymer is conducted to illuminate the emission mechanism of room temperature phosphorescence with the help of the theoretical simulation analysis method. Hence, the novel room temperature phosphorescent polymers developed in this project and the phosphorescence emission mechanism study not only offsets the defect of crystallization-induced phosphorescence of room temperature phosphorescent molecules, but also promotes the theory and application development of room temperature phosphorescent materials.

基于前期工作中发展的咔唑和三苯胺衍生物类纯有机小分子磷光材料，本项目拟通过在其共轭骨架中引入不同的活性官能团，制备成多种含有磷光发色团的聚合单体。选择合适的共聚单体，采用活性自由基聚合，缩聚，开环聚合等反应来制备一系列高效、长寿命的纯有机高分子室温磷光材料。同时，通过对聚合单体的结构，高分子的链段结构、分子量以及聚集形态等因素对发光性质的影响进行详细深入研究，并借助理论模拟计算分析手段，尽可能阐明高分子室温磷光材料的发光机制。本项目中拟发展的新型纯有机高分子室温磷光材料以及对发光机制的深入研究，不但弥补了纯有机小分子室温磷光材料依赖于结晶性的缺憾，而且对促进纯有机室温磷光材料的理论发展和应用研究具有重要意义。

相比于有机小分子，有机高分子具有良好的柔韧性、成膜性、生物相容性以及可溶液加工和大面积制备等优势，因此有机高分子室温磷光材料在光电器件，生物成像，化学传感和智能防伪等领域有着广泛的应用前景。基于此，本项目开发了一系列具有超长发光寿命以及高发光效率的掺杂型有机高分子室温磷光材料，主要包括掺杂聚丙烯腈和聚乙烯醇体系。首先，通过改变客体发光分子的发色团结构，成功获得了一系列具有不同发光颜色以及发光寿命的掺杂聚丙烯腈有机高分子室温磷光材料；其次，通过在客体发光分子中分别引入可以和聚乙烯醇形成不同种类的多重氢键作用的羧基、羟基和氨基，成功获得了发光寿命长达1.73秒的超长有机室温磷光；此外，通过将四种含有氮杂原子的五元稠杂环异构体掺杂到聚乙烯醇薄膜中，成功实现了发光寿命长达1.93秒、发光效率高达21%的超长有机室温磷光，并系统深入地研究和阐明了氮杂原子的取代位置和超长有机室温磷光之间的内在关系。更重要的是，通过合理地设计控制实验，并结合分子动力学和量子化学理论模拟计算分析手段，首次揭示了客体发光分子和聚合物基质之间存在的静电吸引和被忽略的色散力是诱导掺杂聚丙烯腈以及掺杂聚乙烯醇薄膜超长有机室温磷光的主要原因，尤其是色散力甚至起着主导作用。最后，基于本项目所发展的一系列具有超长发光寿命的掺杂型有机高分子室温磷光材料，揭示了一种全新的并且具有较好普适性的发光机制，对设计新型掺杂有机高分子室温磷光材料具有重要的理论指导意义。