硼杂分子带:可控合成与发光功能

硼杂分子带具有独特的电子结构和光电磁性能,然而,受限于硼原子对水氧的敏感性及其削弱芳环的成环活性,硼杂分子带的液相合成仍然极具挑战性。鉴于此,本课题组提出了共轭硼烷可控环合的方法,采用液相光化学和索尔环合反应,制备出一系列硼杂纳米分子带,不仅实现了对边缘结构和共轭长度的控制,而且调控了分子的能带结构,探索了发光性质和电荷传输功能等,从而为有机光功能材料领域提供了新材料体系,为纳米碳分子领域开辟了新研究方向。

推拉电子结构手性四配位硼的光学性质

圆偏振发光(Circularly polarized luminescence,CPL)有机分子是一类重要的手性光学材料,在有机光学和有机电子学等领域受到广泛关注。通过引入手性联萘基团和构建推拉电子结构的设计理念同时实施到双硼氮桥联联吡啶单元,发展出了一系列具有推拉电子结构的手性四配位硼分子。结果表明,改变给电子单元可以调节分子的发光现象,含有二苯胺(2a)和咔唑(2b)单元的分子展现出典型的聚集诱导荧光淬灭现象,而含有9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(2c)单元的分子具有特征的聚集诱导发光性质。手性联萘基团的引入使3个分子具有手性光学性质,展现出圆二色信号和圆偏振发光特性,它们的不对称因子均超过了1×10^(-3),另外,改变给电子单元有效调节了手性分子的发光颜色。

基于ABAQUS及MIDAS空间梁格法分析宽箱梁偏载系数

宽箱梁结构体系偏载效应比较显著,计算不当可降低结构的安全储备,在极限状态下还可造成支座脱空,使结构处于及其危险的状态。采用ABAQUS及MIDAS空间梁格法对实例桥梁进行有限元建模,得到偏载系数理论值,并将其与CDN加载试验验证过的偏载系数实测值、通过经验系数法、偏心压力法、修正的偏心压力法、模态分析法等方法得到的偏载系数计算值进行比较,结果表明,模态分析法更适合于宽桥偏载系数的计算,对今后的桥梁设计有一定的指导意义。

基于ABAQUS及Midas计算桥铺对横向分布系数的影响

为探究桥面铺装对空心板梁桥横向分布系数的影响,将有限元模拟与工程实测相比较,得出在考虑铺装的情况下,其挠度、应力效应会分别小31.6%、17.6%左右,因铰缝与主梁间黏结作用而减小的桥梁整体的挠度效应至少约有8%。通过Midas空间梁格法和Abaqus实体有限元法计算荷载横向分布系数,计算结果表明桥面铺装可以提升桥梁结构的整体受力性能,体系刚度提升大约0.68%。采用铰接板梁法来计算荷载横向分布系数与实际工程中的情况更加接近,且结果偏于安全。研究成果可为空心板梁桥的设计和养护提供参考。

基于含氟异靛蓝的硼氮配位键高分子电子受体

采用含氟异靛蓝单元(fIID)和硼氮配位键桥联噻吩联噻唑单元(BNTT)交替共聚制备了高分子电子受体,聚(N,N’-双(2-庚基十二烷基)-含氟异靛蓝-co-双苯基硼氮配位键桥联噻吩联噻唑)(P-BN-fIID)。采用理论计算、紫外-可见吸收光谱、循环伏安测试以及掠入射X射线衍射等研究了材料的结构与性质的关系,并制备了全高分子太阳能电池器件,研究了其光伏性能。结果表明:与基于异靛蓝单元(IID)的高分子聚(N,N’-双(2-己基辛基)-异靛蓝-co-双苯基硼氮配位键桥联噻吩联噻唑)(P-BN-IID)相比较,含有氟原子的P-BN-fIID的最低未占据分子轨道能级(ELUMO)降低了0.1 eV,吸收光谱红移了25 nm;同时,P-BN-fIID的结晶性明显提高,具有相对紧密的堆积结构和较高的电子迁移率。采用经典的高分子给体聚(2-烷硫基噻吩取代的二维共轭苯并二噻吩-co-噻吩桥联苯并三氮唑)(J61)与P-BN-fIID共混组装的全高分子太阳能电池器件,其能量转化效率(PCE)为2.83%。说明氟原子可以有效调节高分子受体的光电性质和结晶性,高分子受体的结晶行为明显影响全高分子太阳能电池的器件性能。

基于平面有机硼烷的超分子聚合物

超分子聚合物,即单体通过非共价键作用连接而成的链状聚集体,具有独特的物化性质和功能。经过30年的发展,超分子聚合物领域已取得了一系列重大创新成果。目前,超分子聚合物领域亟需探索的问题主要在超分子聚合驱动力、超分子构筑基元、可控超分子聚合、超分子聚合物功能等方面。近期,荷兰埃因霍温理工大学的Meijer课题组和日本名古屋大学的Yamaguchi课题组合作,首次将受阻路易斯酸碱对(FLP)引入到超分子共聚物中,通过发展基于平面三芳基硼和三芳基胺的FLP构筑基元,实现了B-N配位非共价键作用驱动聚合形成超分子聚合物,获得的聚合物具有长寿命和圆偏振特征的光致发光性质。同时,Yamaguchi课题组提出一种新的超分子聚合方法,即基于分子内氢键和分子间B-N配位作用构筑的双重陷阱亚稳态,实现了动态可控的超分子聚合。这些工作发展出新的超分子聚合驱动力和构筑基元,也为超分子聚合提供了新聚合方法,为超分子聚合物的功能化提供了新思路。

An Alternating Polymer of Two Building Blocks Based on B←N Unit:Non-fullerene Acceptor for Organic Photovoltaics

B-N coordination bond can be used to develop polymer electron acceptors for efficient all-polymer solar cells （all-PSCs）. Here, we report a new alternating conjugated polymer containing two building blocks based on B-N unit. The polymer exhibits strong light absorption in the visible range, low-lying LUMO/HOMO energy levels and moderate electron mobility. The resulting all-PSC devices exhibit power conversion efficiencies of 1.50%-2.47%.