芴类电致发光材料研究进展

有机电致发光材料是光电信息功能材料领域的研究热点之一。相比于无机电致发光材料,有机电致发光材料具有很多的优势。芴类化合物作为一类具有刚性平面联苯结构的电致发光材料,由于具有宽的能隙、高的发光效率等特点,备受各方面的关注。本文结合作者的工作,从材料合成的角度介绍了国内外在研究该类材料方面所取得的一些最新进展,并对一些有待进一步研究的问题做了展望。

纳米TiO_2光催化剂的制备及在降解有机物方面的研究进展

纳米二氧化钛及其复合催化剂是催化科学中的热点之一。本文综述了近期用溶胶 凝胶法制备纳米二氧化钛光催化剂及其在光催化降解有机污染物方面的研究进展 。

基于富勒烯和噻吩聚合物的本体异质结太阳电池

随着全球能源需求量的逐年增加,对可再生能源的有效利用成为解决日益严重的能源危机的主要手段,太阳电池被认为是清洁可再生新能源的代表之一。基于富勒烯和噻吩聚合物的本体异质结太阳电池因其制备简单、成本低廉、重量轻及可制成柔性器件等优点,近年来受到广泛关注,成为目前太阳电池的重要发展方向。经过努力,该种太阳电池的光电转化性能得到了一定提高,最高能量转化效率已达到6.5%,但是与无机半导体硅和染料敏化太阳电池相比还有一定差距。本文从材料合成的角度,简要综述了近年来国内外在基于富勒烯和噻吩聚合物的本体异质结太阳电池方面所取得的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望。

单分子有机电致白光材料及器件

有机电致白光二极管在白光照明和背光源应用中由于具有材料来源广、驱动电压低、节能和环保等优点,受到了广泛关注。目前实现电致白光的方法主要有小分子掺杂、多层器件、激基复合物和缔合物发光以及单分子白光等。其中,单分子白光材料由于要控制能量的不完全传递、单分子实现多色同步发射和优化器件结构等,目前研究得比较少,器件的总体性能也不是很理想。本文从材料合成的角度,简要综述了国内外在单分子白光材料的合成与器件性能优化方面所取得的研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望。

一锅溶剂热法制备具有不同形貌特征的CdSe量子点负载石墨烯

利用Hummer氧化法制备了氧化石墨烯,并对氧化石墨烯的NaBH4化学还原法和乙二胺溶剂热还原法进行了比较,发现用乙二胺还原后可在石墨烯表面引入含氮基团,增加片层间的距离,提高分散性。采用乙二胺溶剂热还原法,发展了一锅法制备CdSe量子点负载石墨烯的简易方法。对CdSe量子点负载石墨烯的表征分析结果显示,氧化石墨烯在负载CdSe量子点的同时自身被还原,氧含量显著减少,而还原后的石墨烯表面引入了含氮基团。考察了反应温度及反应时间的影响,研究结果表明,反应温度的变化对氧化石墨烯的还原过程影响不大,而反应时间的影响相对明显。随着反应时间的延长,氧化石墨烯的还原程度越高,石墨烯表面负载的CdSe量子点则由颗粒逐渐长大成为纳米棒和支化的星状纳米结构。通过调控反应条件可在控制氧化石墨烯还原程度的同时改变石墨烯表面所负载CdSe形貌,这为形貌可控的CdSe量子点负载石墨烯的制备提供了一种有效方法。

不同环境因素对水热法合成碲化镉量子点的影响

对比了不同巯基稳定剂和前体浓度对水热环境CdTe量子点的生长过程和光物理性质的影响。结果表明,巯基丙酸与镉前体的结合能力较强,一定程度上减小了前体溶液中镉的浓度,故CdTe量子点生长速率较慢;空间位阻较大的硫普罗宁与镉前体的结合相对较弱,因此导致CdTe量子点生长较快。巯基丙酸有利于制备发光波长较短的高荧光强度CdTe量子点,而硫普罗宁有利于制备发光波长较长的高荧光强度CdTe量子点。前体浓度对CdTe量子点的生长速率和光物理性质的影响不明显。在上述实验结果基础上,考察了水溶性乙酸钠和聚丙烯酸钠电解质对水热环境中CdTe量子点的生长过程和光物理性质的影响。结果表明,添加乙酸钠后可提高CdTe量子点的生长速率,进而导致CdTe量子点的表面重构和钝化能力下降,使荧光强度降低;聚丙烯酸钠对镉单体独特的固定作用导致CdTe量子点生长缓慢,尺寸集中化受限,钝化能力降低,使荧光强度下降更加明显。

基于芴和2，4-二氟苯的寡聚物的合成与表征

为了对比不同分子结构的芴类寡聚物在光物理性质上的差异,将9,9-二(十二烷基)-芴(F1)和2,4-二氟苯硼酸通过Suzuki偶联反应合成并表征了一系列寡聚物:2-(2,4-二氟苯)-9,9-二(十二烷基)-芴(FF1)、2,7-二(2,4-二氟苯)-9,9-二(十二烷基)-芴(FF2)、二-(2-(2,4-二氟苯基)-9,9-二(十二烷基)-芴)-7-(2,4-二氟苯)-9,9-二(十二烷基)-芴(FF3)以及1-溴-3,5-二(2-(2,4-二氟苯)9,9-二(十二烷基)-芴)-苯(FF4)。依照F1,FF1,FF2和FF3的次序,由π-π*跃迁导致的最大紫外吸收依次红移,而寡聚物FF4的最大紫外吸收相对于寡聚物FF3要蓝移,其薄膜的最大荧光发射相比于寡聚物FF3要红移。这说明分子的线形、支化结构和由此引起的聚集态结构的变化对其光物理性能都有重要影响。密度泛函理论计算和实验结果基本一致。通过光降解实验还发现含氟寡聚物具备较好的光稳定性。

基于交叉共轭结构的功能材料

近年来,人们对交叉共轭体系的制备、性能以及理论研究方面产生了极大的兴趣。本文综述了近期国内外在交叉共轭体系研究方面取得的一些最新进展,重点介绍了其在自组装、有机电致发光和离子检测等方面的最新发展动态。最后还对本课题组在交叉型p-n双嵌段寡聚物方面的研究作了详细的介绍,并对一些热点问题作了展望。

不同环境因子作用下水溶性CdTe量子点的生长动力学研究

以硫普罗宁为稳定剂,水热法制备了水溶性CdTe量子点,系统研究了回流时间、反应物配比、pH值、反应温度和电解质种类等环境因子对量子点生长动力学及光物理性质的影响。结果表明,溶液的pH值及反应物配比对CdTe量子点的光物理性质均有重要影响。优化条件后,回流5 h可得到发射峰位于550 nm的CdTe量子点,其荧光量子效率高达52%;在氯化钠作用下,量子点生长加快,即高浓度氯化钠会减弱溶液中粒子间静电排斥,促进离子扩散,有利于量子点的生长;添加苯磺酸钠会抑制量子点的生长,有利于制备高荧光量子效率的小尺寸CdTe量子点。

末端四苯乙烯荧光团标记法研究双亲性嵌段聚合物的自组装行为

以四苯乙烯类分子2-溴-2-甲基-丙酸-3-(4-三苯乙烯基-苯氧基)-丙醇酯(E)作为引发剂,N-异丙基丙烯酰胺和苯乙烯为原料,通过活性自由基聚合,合成了末端具有聚集诱导发光(AIE)活性发光体的双亲性嵌段聚合物G。详细研究了AIE活性引发剂E和嵌段聚合物G在不同状态下的光物理行为差异。结果表明,在相同浓度条件下,随着温度的升高,引发剂E分散液的荧光强度不断下降。而嵌段聚合物的荧光强度先上升,当温度超过37℃后,嵌段聚合物的荧光强度不断下降。同样地,通过改变引发剂E和嵌段聚合物G在四氢呋喃和水混合溶剂中的浓度发现,随着浓度的减小,引发剂E的荧光强度不断下降,而嵌段聚合物分散液在改变分散液浓度时荧光强度的变化规律和改变温度时荧光强度的变化趋势相似。通过监控双亲性嵌段聚合物末端挂接的AIE活性发光分子发光性质的变化可以间接表征其聚集态结构的变化。

无水FeCl3存在下丙烯酸甲酯的单电子转移活性自由基聚合动力学

单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)是一种可以对聚合物进行有效分子设计,合成不同拓扑结构并且能够有效调节其相对分子质量和相对分子质量分布的新型聚合方法,具有潜在的应用前景。以2-溴丙酸甲酯作为引发剂,Cu(0)/三(N,N-二甲基氨基乙基)胺(Me6-TREN)为复合催化体系,通过在二甲基亚砜中添加不同摩尔浓度的无水FeCl_3来研究其对丙烯酸甲酯的SET-LRP聚合动力学的影响。结果表明,随着三价铁离子量的增加,其链增长速率常数下降并且出现诱导期延长现象,说明三价铁离子参与了SET-LRP的聚合动力学过程,它和在同样实验条件下二价铜所起的作用截然不同,这可能是由于三价铁离子的氧化导致反应体系中一价铜的浓度降低引起的。此项工作从另外一个角度解释了零价铜催化下SET-LRP聚合诱导期产生的原因。

严寒地区深地埋管热泵运行状态土壤平均温度研究

严寒地区使用地源热泵供暖时,由于建筑负荷特性,地源热泵长期运行后会使土壤平均温度降低,造成供暖效果不佳甚至浪费更多能源。本文对拟采用地源热泵进行供暖的办公楼进行DeST软件建模,得到其动态热负荷;利用TRNSYS软件搭建地源热泵系统仿真模拟平台,通过改变地埋管深度,模拟供暖工况下热泵系统动态运行。从不同深度地源热泵系统运行10年后土壤平均温度以年为周期的波动变化情况可知,单独供暖工况下1200m深地埋管附近土壤温度场的温降幅度比100m浅地埋管土壤温度场低6.0℃。上述结果可为严寒地区深地埋管热泵系统的设计和运行管理提供参考。

基于二苯甲酮框架的多功能有机发光材料

有机发光材料的光电性能与分子的化学结构、构象变化的灵活性以及分子间相互作用密切相关。从结构上看,二苯甲酮的羰基和苯环具有很高的可化学修饰性,本文从材料合成角度首先综述了近年来基于二苯甲酮框架的多功能有机发光材料的构建策略,主要包括多取代二苯甲酮、用杂原子作为桥连基团以及以C=C偶联和苯环为中心直接偶联等三种策略。已经基于此开发了多种多功能有机发光材料,主要包括荧光材料、贵金属磷光配合物的主体、热激活延迟荧光材料、聚集诱导发光材料和纯有机室温磷光材料等。最后,还展望了基于二苯甲酮框架的多功能有机发光材料未来的研究重点和发展前景。

芴类蓝光材料的长波发射问题研究进展

有机电致发光技术在通信、信息、显示和照明等领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的研究热点之一.相对于无机电致发光材料,有机电致发光材料具有许多优点.芴作为一种具有刚性平面联苯结构的化合物,由于具有宽的能隙、高的发光效率和结构上易于修饰等特点,是一类受到各方面广泛关注的蓝光材料.芴类蓝光材料的一个缺点是薄膜在空气中退火或器件在长时间运行后会出现长波发射,严重影响其综合电致发光性能.目前认为是由分子间激基缔合物、芴酮或者两者共同作用引起了该长波发射.经过各方努力,芴类蓝光材料的长波发射问题趋向于被完全解决.本文结合自己的工作,从材料合成的角度综述了国内外在研究芴类蓝光材料的长波发射问题方面所取得的进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望.

p-n嵌段调节有机光电功能材料的能级

有机电致发光技术在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的研究热点之一.相对于无机电致发光材料而言,有机电致发光材料具有许多优点.在影响有机电致发光器件性能的各种因素中,光电材料的能级扮演着非常重要的角色,这是因为在电致发光二极管中,不同层之间由于能级匹配而产生的势垒对整个器件的驱动电压、发光波长、效率以及寿命等性能都有明显影响,因此研究有机光电功能材料能级的可控调节对推动整个有机电子学的发展具有非常重要的意义.以我们的工作为主,从材料合成的角度介绍了近年来通过p-n嵌段方法调节有机光电功能材料能级的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望.

石墨烯基人工智能柔性传感器

皮肤是人体最大的器官,能够感知和应对复杂的环境刺激。以石墨烯作为核心部件制备的柔性传感器具有很强的刺激感知能力,可以模拟人体皮肤的柔韧性和拉伸性,是目前最具商业化潜力的可穿戴传感技术。本文首先介绍了传感器的压阻式、电容式、压电式、晶体管式等不同工作机制和评价其性能的如灵敏度、检测范围、响应速度等参数,总结了石墨烯的优点和制备方法。结合本课题组在石墨烯复合聚苯胺、银纳米粒子、碳纳米管和量子点等构建多功能石墨烯基柔性传感器的研究基础,从检测对象的种类出发,重点阐述了石墨烯基柔性传感器在检测压力、应变、温度、湿度、化学分子、生物分子和气体等单一目标物的性能以及石墨烯基多功能柔性传感器的应用。最后,对石墨烯基柔性传感器的未来发展方向做了展望。

基于螺(芴-9,9＇-氧杂蒽)和芴的共聚物蓝光材料的合成与表征

通过控制缩合反应物中溴取代基的位置,得到了3种基于螺(芴-9,9'-氧杂蒽)的单体.利用Suzuki偶联反应得到3种蓝光聚合物CSSFX,USSFX和DSSFX.聚合物USSFX和DSSFX具有较高的玻璃化转变温度和热分解温度.3种聚合物表现出较低并且相近的最高占有轨道能级(-5.80 e V至-5.93 e V)和最低未占有轨道能级(-2.80 e V至-3.01 e V).螺(芴-9,9'-氧杂蒽)单元的引入可降低聚合物DSSFX的最低未占有轨道能级到-3.01 e V,同时降低聚合物USSFX的最高占有轨道能级到-5.93 e V,聚合物USSFX较低的最高占有轨道能级使其具有较好的空穴注入性能.不同气氛下的高温退火实验表明,聚合物USSFX即使在空气中长时间高温退火以后,仍能保持稳定的蓝光发射.不同拓扑结构螺(芴-9,9'-氧杂蒽)单元的引入,可以有效调节蓝光聚合物的综合发光性能.

多重环境响应性蓝光共聚物的合成与表征

采用Suzuki偶联反应合成了一系列具有聚集诱导荧光增强特性的双亲性共聚物Pa,Pb和Pc,这些共聚物都有较高的分子量和可进一步支链化的羟基.聚合物Pa,Pb和Pc在四氢呋喃溶液中的紫外吸收峰在380 nm左右,荧光发射峰在470 nm左右,属于蓝光材料.对这些聚合物在四氢呋喃和水的混合溶剂中发光特性的研究发现,这类聚合物在一定比例混合溶剂中都有聚集诱导荧光增强现象,通过表征自组装得到胶束的粒径和形貌进一步验证了这一结果.3种共聚物在混合溶剂中的聚集诱导荧光增强特性与聚合物中聚集诱导荧光增强结构单元的含量有关,并且该特性只有在一定比例混合溶剂中才能体现.通过研究聚合物Pa在不同混合溶剂中荧光发射和自组装行为,发现聚合物Pa在四氢呋喃中处于高度分散状态,聚合物呈小的胶束;当减少混合溶剂中四氢呋喃的含量时,聚合物聚集形成了稳定的胶束并且粒径比较集中;当继续减小四氢呋喃的含量,聚合物部分析出.从动态光散射和透射电子显微镜结果中明显发现聚合物胶束的粒径有很大波动.聚合物Pb和Pc在不同溶剂中自组装得到的胶束的大小演变规律和聚合物Pa相似,说明共聚物中芴和聚集诱导荧光增强结构单元之间的比例只影响聚合物聚集时水的比例,并不对聚集形成胶束的演化过程产生明显影响.通过改变共聚物Pa,Pb和Pc自组装所用溶剂的比例和种类,可以得到尺寸在10到900 nm之间的胶束.聚合物Pa在不同溶剂中自组装形成胶束的尺寸分散性比较单一,而聚合物Pb和Pc在不同溶剂中自组装形成胶束的尺寸分布比较宽,形貌多样化.通过原子转移活性自由基聚合在聚合物Pb引入聚(N-异丙基丙烯酰胺)侧链,得到具有更高分子量、更窄分子量分布的水溶性和温度敏感性多重环境响应性蓝光聚合物P-N.在聚(N-异丙基丙烯酰胺)最低临界溶解温度附近,随着溶液温度的改变,该聚合物荧光发光峰的位置基本保持不变,但发射强度变化,聚合物P-N在混合溶剂中自组装形成胶束的大小和形貌也随之改变.

pH响应性蓝光聚合物分子刷的合成与表征

通过将咔唑和芴衍生物之间进行Suzuki偶联反应得到大分子引发剂,再通过原子转移自由基聚合引入8-羟基喹啉和叔丁基功能化的丙烯酸酯类单体,得到了具有刚性主链柔性侧链结构的蓝光聚合物分子刷P2和P3.聚合物P2在四氢呋喃中的紫外吸收最大峰在330 nm左右,薄膜的紫外吸收峰基本没有变化,聚合物P2在四氢呋喃中的荧光发射峰在460 nm的蓝光区域,薄膜的荧光发射峰有10 nm左右的蓝移.聚合物P3在四氢呋喃中的紫外吸收最大峰在355 nm左右,薄膜的紫外吸收峰没有变化,荧光发射在430 nm的蓝光区域,薄膜的荧光发射峰红移了50 nm左右.对聚合物P2在不同温度、不同体积比水和四氢呋喃混合溶剂以及溶液p H值条件下自组装形成胶束的行为发现,聚合物P2在溶液p H值为11时,形成"核-壳"结构的胶束;在不同实验条件下聚合物P2自组装形成胶束的形貌也有较大区别.对聚合物P3不同实验条件下自组装形成胶束的行为发现,聚合物P3在体积比为3∶2的四氢呋喃和水混合溶剂中更易形成稳定的胶束;聚合物P3的水溶性比聚合物P2差,这使该聚合物更易在水含量更高的混合溶剂中形成规整的球形胶束.

基于1-(4-己氧)苯和2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪功能化芴单元的聚合物蓝光材料的合成与表征

以聚(9,9-二己烷芴)(1)和聚(9,9-二(1-(4-己氧)苯)芴)(2)作为参照物,通过Suzuki偶联反应合成了侧链9位碳含有4-己氧基苯和2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪单元的芴共聚物3.聚合物1,2和3固体粉末的5%质量热损失温度分别是274,318和401℃,玻璃化转变温度分别是91,120和139℃.聚合物1,2和3在甲苯溶液中的最大吸收峰和荧光发射峰分别在380和435 nm.从聚合物1到聚合物3,薄膜的荧光发射最大半峰宽逐渐降低.大体积刚性吸电子2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪基团的引入,使聚合物1,2和3的热稳定性、蓝光发射的色纯度和光谱稳定性逐渐提高,不同工作电压驱动下聚合物3稳定的电致发光光谱进一步证明了这一点.聚合物1,2和3的最高占有轨道能级分别为-5.72,-5.95和-5.96eV,最低未占有轨道能级分别为-2.70,-2.39和-2.43 eV.聚合物1,2和3的三线态能级分别为2.82,2.81和2.97 eV.聚合物1,2和3的单线态-三线态能级差分别是0.32,0.32和0.15 eV.4-己氧基苯的引入使聚合物的能隙变宽,而吸电子的2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪的引入使聚合物单线态-三线态能级差依次减少.聚合物1,2和3粉末均易于形成非晶薄膜.聚合物3粉末的有序性介于聚合物1和2之间,聚合物2侧链的烷氧基苯有助于提高固体粉末有序形态的多样化.综合结果表明,侧链含有刚性4-己氧基苯和2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪基团的无规共聚物3具有更佳的综合光电性质.