新型多并苯材料的设计，合成及在光电领域的应用

Polyaromatic Hydrocarbons (PAHs) and their analogues have a wide range of applications in the fields of Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) and Organic Field-Effect Transistors (OFETs) etc. Despite this, the present PAHs molecules with deep exploration remain below the heptacene. However, many studies have shown that longer lengths (n > 7) of PAHs compound may have some very unique properties, such as singlet ground state and diradicals. However, the synthesis of PAHs compounds above heptacene is still a very challenging work due to poor solubility, poor air stability, and lengthy synthesis steps. This project will carry out the design and synthesis of new PAHs molecules and characterize their basic physicochemical properties. At the same time, we will try to obtain their single crystal structures and analyze the relationship between the molecular structure and the packing behavior. Finally, their optoelectronic properties and potential applications will be investigated systematically.

多并苯化合物及其类似物在有机发光二极管（OLEDs），有机场效应晶体管（OFETs）等有机电子领域有着广泛的应用。尽管如此，目前可以对多并苯材料的性质进行较深入探索的分子仍然停留在七并苯以下。然而，许多研究表明长度更长（n>7）的多并苯化合物可能具有一些非常独特的性质，如单重基态和双自由基等。但是，由于溶解性差，空气稳定性差及合成步骤冗长等，合成七并苯以上的多并苯化合物仍是非常具有挑战性的工作。本项目将开展新型多并苯分子的设计合成工作并对其相关基本物化性质进行表征，同时尝试获得它们的单晶结构并解析分子结构与分子堆积之间的相互关系，最后将对它们的光电性质及潜在应用进行进一步深入的研究。

尽管多并苯材料及其类似物在有机光电子领域取得了很大的进展，但由于较长的多并苯具有溶解性差、稳定性差、合成繁琐等特点，目前对于多并苯的深入研究仍局限于七并苯以下。因此，合成新型的长多并苯材料对于进一步了解此类化合物的光电性质具有重要意义。本项目对新型长多并苯材料的设计、合成、单晶生长分析、基本物化表征和光电性质等一系列工作开展了研究。取得的主要成果如下：首先，申报人通过[4+2]环加成反应成功地合成了一系列基于芘并酰亚胺的多并苯材料，并对其自主装行为进行了初步研究。通过对这些分子的单晶堆积进行分析，发现共轭主链和官能团的变化会显著影响某些晶格参数，如分子间堆积距离、扭曲角和晶体尺寸等，从而导致不同的自组装形态。其次，申报人在本研究中合成了基于芘单元的单边（PyS）和双边多并苯化合物（PyD），当分子从单边的PyS变为双边的PyD时，OLED器件的发光从黄绿色变为白色。进一步的研究表明，与PyS单晶P21/n的堆积方式相比，PyD单晶以Cmca空间群的方式堆积，从而有利于固态中准分子状态的形成并拓宽PyD的发射光谱。再次，申报人首次制备了具有（β，β）连接呋喃/噻吩环的杂原子（O和S）掺杂的多并苯分子。飞秒瞬态吸收研究结果表明，用硫原子代替氧原子可使单重态裂变效率提高2倍，为设计效率更高的单重态裂分材料提供了依据。同时，申报人采用“无痕”的合成策略，通过二烯体内酰胺多并芳烃和现场生产的双亲双烯体反应生成了含有双酰胺桥的十一并苯前体，通过进一步真空封管加热可得到具有单晶结构的目标十一并苯化合物，目前脱酰胺桥的加热反应优化正在进行中。最后，申报人发表了相关综述文章，系统介绍了近年来高并多环共轭烃（n > 6）的合成方法、基本物理化学性质、单晶堆积行为和潜在应用，包括六元多并苯及四元、五元和七元多并共轭非芳烃甚至八元共轭烃。