噻咯衍生物應用

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1、-研究生課程論文(2014-2015學年第一學期)噻咯衍生物的應用研究生：宋波提交日期：2015年01月08日研究生簽名：宋波學號201130420144學院材料科學與工程學院課程編號S0805243課程名稱有機硅與有機氟材料學位類別任課教師教師評語：成績評定：分任課教師簽名：年月日.---噻咯衍生物的應用宋波摘要：熒光分子是一類非常有用的材料并在技術領域找到了一系列的應用。如今，大量的研究興趣集中在研究它們在OLEDs和傳感體系領域中的應用。雖然，由于低的LUMO能級和能帶隙，噻咯早在1996年就已被發(fā)現(xiàn)可用作高效的電子傳輸（ET）材料，且器件的性能與噻咯環(huán)

2、的2,5位上的取代基密切相關。但直到噻咯的AIE現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)才開始了對可被用作OLEDs材料的噻咯的探索。同時，AIE現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)闡明了噻咯這一特殊的熒光分子在固態(tài)高度發(fā)光的特性，從而開辟了噻咯在光電材料、化學傳感、生物檢測、傳感及成像等多個領域的應用。關鍵詞：噻咯；聚集誘導發(fā)光；OLED；化學傳感；生物檢測前言硅雜環(huán)戊二烯(silole)又稱硅咯、噻咯，是一種含硅的五元環(huán)，是環(huán)戊二烯的一種硅類似物。與其他五元環(huán)相比，由于硅原子與相鄰的丁二烯存在σ*-π*共軛作用，使得五元環(huán)的最低空軌道(LUMO)能量低于常見的五元芳香環(huán)，如吡咯、呋喃、噻吩等，賦予了該類化合物高

3、的電子接受能力和電子傳輸性能，使它們在光電材料等領域具有廣泛的應用前景。自從Braye和Hübel在1959年合成第一個硅雜環(huán)戊二烯化合物，1,1,2,3,4,5-六苯基硅雜環(huán)戊二烯開始，研究者們圍繞該類化合物的合成、反應活性、性質等方面展開了廣泛的研究。1.OLEDs方面的應用由于其在新型顯示器件中的潛在應用，有機發(fā)光二極管（OLEDs）吸引了廣泛的研究興趣。為實現(xiàn)OLEDs.---的高的電致熒光效率，需要空穴與電子的平衡注入與傳輸以及高效的固態(tài)熒光材料。電荷的注入可通過低功函的金屬作為陰極或調整有機層的HOMO/LUMO能級來平衡。然而，由于有機半導體固有

4、的空穴傳輸性能，電荷傳輸比較困難。因此，高遷移率的電子傳輸（ET）有機材料非常稀少且有著巨大的需求。傳統(tǒng)的有機半導體遭受源自聚集態(tài)下形成的激基締合物或激基復合物而使熒光效率降低的ACQ效應。這一效應一直是高效OLED開發(fā)中的棘手問題，因為熒光分子通常以固態(tài)薄膜的形式用于OLED器件。雖然通過將薄膜的形貌從無定形改變成晶態(tài)，空穴和電子遷移率均顯著增加，但ACQ效應卻愈演愈烈。這種自我矛盾難以處理。圖1HPS、MPPS、113、114的電子遷移率噻咯的這種新型AIE和結晶熒光增強（CEE）特性真正使得它們成為電致發(fā)光（EL）材料的極有希望的候選。聚集包括結晶可成為

5、提高電致發(fā)光器件性能的積極因素。而且，噻咯是杰出的電子傳輸材料，在1.2×106V/cm.---的電場下測得MPPS薄膜的遷移率為2.1×10-6cm2/Vs，這一遷移率可與在同一電場下測得的最廣為應用的電子傳輸材料Alq3（2.3×10-6cm2/Vs）的媲美。HPS薄膜的電子遷移率比MPPS薄膜的遷移率高~1.5倍。最近，唐老師課題組制備了電子遷移率更高的噻咯，如圖1所示，通過利用瞬態(tài)EL法，測得114和113電子遷移率分別位于5.0×10-6cm2/Vs-1.2×10-5cm2/Vs和3.1-6.3×10-6m2/Vs，比Alq3的遷移率（在電場為1.2

6、-4.0×106V/cm的電場下，遷移率為2.3-4.3×10-6cm2/Vs）更高。Alq3在固態(tài)表現(xiàn)出很低的ФF值，而噻咯的固態(tài)ФF值則高得多，因此基于噻咯制得了一系列發(fā)光二極管并得到了卓越的器件性能。對于OLED應用領域來說，噻咯是一類性能優(yōu)越的發(fā)光材料和電子傳輸材料。這些優(yōu)異的性能源于它們固有的螺旋槳結構和由σ*-π*共軛所產(chǎn)生的高電子親和性，這種獨特的螺旋槳結構和電子親和性降低了激基締合物和激基復合物形成的可能性并同時增強了電子遷移率。據(jù)我們所知，噻咯是同時具有高的載流子遷移率和固態(tài)熒光效率的發(fā)光最好的材料之一。2.光伏器件方面的應用噻咯的高電子親和

7、力刺激了我們利用這些活性材料來構建光伏器件的興趣。激子在給體(donor,D)-受體(acceptor,A)異質結的界面上有效分離是被大家所公認的。咔唑是一類著名的電子給體和廣泛應用的空穴傳輸材料。因而，可以設想，噻咯受體體系中咔唑給體基團的引入將創(chuàng)造出光響應的D-A加合物。在施加的偏壓的影響下，各自的給體和受體區(qū)域中分離的空穴和電子可穩(wěn)定地沿著界面遷移至相應的電極從而完成從光到電轉換的光伏過程。從圖2可以看出，所有Cz2HPS(10)的光伏器件（器件I-VI）均表現(xiàn)出良好的光伏轉換性能。器件III得到的結果最好，其短路電流密度、開路電壓以及填充因子分別為96

8、.5μA/cm2、.---1.7V和0