菲并咪唑基双极性蓝色发光聚合物的合成及其电致发光性质研究

The problem has not yet been resolved to gain an excellent blue light-emitting polymer in conjugated light-emitting polymer field. It is a key scientific issue to realize the balance of the carriers ( Hole and Electron ) injection and transport in the wide-band-gap emission materials. Reacently, there is an effective way to solve the problem by inserting the hole and electron fution groups to the polymer, constructing a bipolar conjugated polymer. Based on preliminary work, the applicant proposed a program of building this kind polymer only containing phenanthroimidazole (PIM) group, which show a wide-band-gap and bipolar character by the proper choice of substitutional group. Adjusting the structure of reaction substrate to a PIM derivative, the substituent of the bipolar monomer has been changed. This change might influence the charactertion of carrier injection / transport ability, at same time, and the derivative could tune to the monomer for polymerization with a multiply structure modification such as alkylation. In this project, we would prepare a series of new bipolar blue polymer by changing the bipolar monomer structures, or the link way of polymerization or the modified groups. The regularity of the monomer structure to the polymer properties should be discussed as a point. The methold would be established to realize the balance of the carriers injection / transport in a high blue-light-emitting using a PIM block. The aim of this project is to develop this novel class of wide-band-gap bipolar monomer structure in the preparation of blue electroluminescent polymers.

优异的蓝色发光材料仍是发光共轭聚合物领域中尚未解决的问题。如何实现较宽带隙下的载流子（电子、空穴）平衡注入与传输是该类材料中的关键科学问题，而新型双极性共轭聚合物结构的设计与合成是解决该问题的有效途径。申请人在前期工作的基础上，提出利用具有双极性功能的宽带单体菲并咪唑衍生物构建蓝光聚合物的方案。通过调节双极性单体反应底物结构，利用高效的"一锅法"一步合成各类的菲并咪唑衍生物结构，完成单体取代基团结构的改变的同时，既能够实现对其载流子注入/传输能力的调节，又可满足聚合物单体高分子官能化和结构功能（烷基化等）修饰的多重要求。本项目通过对双极性单体结构、主链连接方式和修饰基团的调节制备了一系列新型双极性蓝光聚合物，研究单体结构对聚合物性能影响规律，实现该类聚合物在高效蓝光前提下载流子注入/传输平衡，发展一类新型的宽禁带双极性单体结构在电致蓝光聚合物制备中的应用。

由于蓝光或深蓝光材料自身禁带宽度和载流子平衡间的固有矛盾，导致高效率的蓝光材料相对匮乏。因此，如何能够实现蓝光材料在色纯度、亮度和效率间的平衡，已经成为是OLED领域亟待解决的问题。本项目选择一类新型的多芳基杂环—菲并咪唑（PIM）作为研究对象，重点开展了以PIM为核心的有机蓝色荧光材料的设计及相关性质研究工作。通过对大量菲并咪唑衍生物的制备和构—效关系分析，发现C2和N1取代基团在PIM的光学和电学性质中扮演重要角色。其中，C2 位置上的取代芳香结构与PIM平面存在明显共轭，对发光中心基态和激发态前线轨道形成贡献较大。通过改变此处取代基团吸推电子能力（三苯胺、咔唑等）、共轭性（对位→间位）等，可以实现荧光光谱主峰位、色坐标和固态效率的调节。N1取代基团虽与PIM平面之间存在较大的扭曲角，但是借助氮原子特殊的杂化结构，取代基的变化对分子激发态分配比例存在明显影响，并进而实现对激子利用情况和蓝光色纯度的调控。基于此，我们开发了一系列具有高色纯度（y<0.06）、高固态效率（>80%）和高激子利用率（>50%）的蓝光材料体系，并对两个取代基团的协同作用进行简单地探究，提出混合激发态理论，指出高能级CT态的反隙间穿越过程是导致该类荧光材料突破统计学限制（25%）激子利用率束缚的主要原因。同时，我们开发菲并咪唑酰胺类材料在荧光传感及自组装领域应用，并得到一类高水稳定性酰氯结构，并可以通过萃取和柱层析纯化，也能在空气中长期贮存；单晶结构分析证明，中心离子盐结构和N1取代基团的平面化是导致羰基钝化、实现酰氯稳定性的主要原因。进一步引入聚集诱导发光基元，拓展PIM衍生物在压制变色和生物探针领域的应用。从双极性蓝光聚合物设计角度出发，得到了几类基于PIM结构的高热稳定性的深蓝光聚合物，除了发展其在电致发光领域的应用外，还拓展其在智能传感、二维光栅和高折射率材料制备领域的应用。本项目旨在通过合成实验和理论研究，为菲并咪唑基元在高效率深蓝光材料构筑中提供更多有价值的结构信息和理论支持。