邻菲啰啉基给-受型大共轭金属聚合物的分子设计、合成及光电性能研究

π-conjugated aromatic heterocyclic semi-conducting compounds bearing high mobility and low band gap are expected to be valuable advanced functional materials in the applications of molecular electronic devices. This project aims to synthesize a series of new photoelectric materials with the readily-tailored optical, electrical properties. Based on molecular design and band engineering theory, various organic electron-donating units will be introduced to 1,10-phenanthroline(phen) heterocyclic aromatic systems by the combination of cross-coupling reactions. As a common feature of this family of compounds, they have delocalized π-system, photoresponsive thiophene moieties, as well as certain coordination sites in their molecular structures which can be combined with a variety of noble metal ions to form coordination semiconductor functional materials. These novel products will be characterized by X-ray single-crystal structural analysis, computational and spectral studies and electrochemical analysis to screen out the molecular-based models with excellent and adjustable photoelectric properties. Their surface profile, temperature-dependent I−V behavior and photo-responsive properties can be evaluated by AFM, TEM and four-probe system to identify the appropriate alkyl side chains, and suitbale donor part of self-assembly nanosized devices. The successful completion of this project would lead to a new approach in molecular engineering to achieve a balance between the optical/electronic properties and solubility/processability of devices.

基于高迁移率和低带隙的共轭芳杂环半导体化合物的研究具有重要的科学意义，在本项目中，我们利用分子设计和能带工程的基本原理，利用交叉偶联反应，在邻菲啰啉的3,8位和5,6位上协同扩展，选择性引入具有电子给体和光敏特性单元获得既具有配位能力又含有大π共轭体系的芳杂环半导体化合物，与不同种类贵金属离子组装得到配合物基半导体材料，对所得化合物进行结构分析以及谱学表征和电化学测试，筛选具有优良光电性能的分子基模型，结合AFM和TEM，四探针等手段考察自组装纳米器件形貌，烷基链和电子给体的种类和位点的调控作用，研究其温度依赖的半导体光电和光敏性能，本项目旨在合成出一系列具有优良光电特性的分子基材料；更重要的是，为调控器件光电性能和溶解加工性能的最优化设计提供进一步的研究思路。

基于高迁移率和低带隙的芳杂环半导体化合物在微纳电子学研究领域有重要的科学意义。(1) 设计合成一对共轭杂环异构配体，配体同时具有刚性吡啶，三氮唑和柔性的羧酸基团，作为刚柔并济的多齿配体与过渡金属离子自组装反应,得到了两个3维配位聚合物C1和C3，探讨自组装配合物的新颖结构特征和反应机理；(2) 参与设计和合成，以2-氨基-3-氰基4氯-5-噻吩甲醛为原料在乙酸酐溶剂中通过简单高效的一步缩合法合成制备了一系列的吡啶酮单次甲基类染料，通过有机合成策略，调控2-氨基-3-氰基-4-氯-5-甲醛基噻吩杂环腙/偶氮染料分子（化合物12）的π电子共轭离域体系和电子能谱，实现了其最大吸收波长显著红移达181 nm，从二元单次甲基偶氮染料过渡到三元单次甲基偶氮染料。此研究基于三元单次甲基偶氮体系首次得到含噻吩杂环的近红外染料，为新型份菁染料的设计提供研究思路；(3) 参与研究，通过一步水热法合成制备了纳米异质结复合碳量子点(CQDs)/Bi2MoO6材料，采用多种表征手段对制备的催化剂进行微观固体形貌和结构表征，通过可见光激发降解水相中的罗丹明B (RhB)和亚甲蓝(MB)发现催化剂具有非常好的光催化活性和稳定性，就此提出了可能的电荷转移和降解机理，揭示材料结构与其光物理性质之间的相关性能。(4) 参与新型多孔碳-二硫化硒纳米复合材料的可控制备与机制综述研究；新型超支化小分子电解质PNSO3Na作为阴极界面层(CIL)的设计与合成；二嵌段共轭聚电解质 PFEO-b-PTNBr改性ZnO电子传输层，用于PBDB-T:ITIC有机太阳能电池的性能研究。(5) 基于本课题研究与专业课程如应用化学综合实验，应用化学专业实验等教学改革相结合的探索，发表了多篇相关的教学改革论文。