氮杂茐类螺环芳烃的分子设计、简易合成与光电性质研究

Spiroaromatics, a kind of spiro-structure functionalized organic semiconductors, are attracted great and wide focus on improving the photophysical, thermal and morphological stability, optophysical quantum efficiency in solution and/or solid states, especially, and further promoting device efficiency and prolonging operation lifetime for applicable optoelectronic devices. . This project choose novel azaflourene-based spiroaromatic structures to construct novel and abundant azaspiroaromatic derivatives. To obtain the relationship between structures and optoelectronic properties, kinds of filming process methods would be carried out to prepare various thin films with different surfacial morphologies. Equipments such as SEM、TEM、XRD、AFM, etc will be aplied to systematically ellustrate the relationship between crystal structures, molecular structures and properties in devices, especially charge mobility, photoluminescence, electroluminescence and photovoltaic properties. By the systematically construction of lamellar devices, performance optimization, and lifetime test, high stable RGB color and white light emitters, electron transport materials, and special materials will be selected as the commercial available candidates providing a solution for the sustainable chemistry.

螺芳环功能化有机半导体对于提高有机半导体材料溶液态/薄膜态的光、热、形貌稳定性、光量子效率以及器件的效率和使用寿命的研究中得到广泛的关注，具有广阔的应用前景。. 本项目选择利用缩合反应、一锅法等绿色技术制备新颖的氮杂芴类螺芳环结构，以获得结构丰富的氮杂芴类螺环芳烃有机半导体材料，并对这些分子的构效与光电性质进行系统表征；通过多种薄膜技术制备具有不同微结构以及表面形态的薄膜，通过SEM、TEM、XRD、AFM 等对其晶体结构、维纳结构、表面形貌进行表征，结合新颖的氮杂芴类有机半导体分子的光电性质以及薄膜制备、形貌调控的方法，构建光电功能器件并表征其性能，通过各种仪器参数设备系统评价其电致发光、电子/空穴载流子迁移率等性质。通过多层器件的构建和性能优化以及寿命测试，筛选出具有商业前景的高效稳定三基色和白光电致发光材料、电子传输材料、特殊功能材料，为可持续化学的推进提供有价值的思路。

氮杂芳烃类有机光电功能分子具有特殊、丰富的光物理、电化学性质，对于提高有机半导体材料溶液态/薄膜态的光、热、形貌稳定性、光量子效率以及器件的效率和使用寿命的研究中得到广泛的关注，在有机电致发光、有机场效应晶体管、锂离子电池等光电器件中具有广泛应用前景。. 首先，我们通过sp2-N氮杂嵌入给体分子结构中调控聚集状态下超分子作用，成功构建了1:2、1:2、1:2.5配比的三种共晶类咔唑二嗪类有机小分子p-n结载流子传输材料，发现在超分子调控下的高有序结构DCPa-TCNQ2在大气氛围中的电荷传输性质可以达到0.008 cm2V-1s-1的较高载流子迁移率，是一类有前景的n型材料。其次，对称的吲哚并喹喔啉类衍生物作为空穴注入材料的OLED器件参数可与同批次无机MoOx相媲美，其在0.5 nm厚度条件下的最大亮度为26564 cd A-1超过了同批次无机MoOx作为相同功能层的OLED器件最大亮度值22183 cd A-1，两者的启亮电压都达到了较低的3.1 V。第三，我们还合成了具有π延展结构的二吲哚并氮杂并五苯分子（IP）。与没有π延展结构单元的（HP）相比，IP纳米棒作为锂离子电池正极材料显示出比HP更好的锂离子存储性能，尤其是在50 mA g-1的电流密度、充放电150圈时，IP的可你循环比容量仍然保持在100 mAh g-1的水平，是非π延展氮杂并五苯HP的1.2倍。我们还通过进一步拓展发现，将氮杂芳烃高温热解制备得到的高氮掺杂炭材料（NPC）表现出了优异的锂离子存储性质。以之为存储材料的锂离子半电池表现出良好且稳定的循环能力，即使在200 mA g-1的电流密度下循环200次后，比容量仍高达608 mAh g-1。