苝二酰亞胺衍生物的合成和量子化學研究.pdf

1、苝二酰亞胺(Perylene tetracarboxylic acid diimide,簡稱PDI)是一種重要的具備良好的光、熱和化學穩(wěn)定性的功能染料,對可見區(qū)到紅外區(qū)的光有著較強的吸收,是一種具有獨特的光化學和光物理性質的有機光電材料。在有機發(fā)光二極管(OLED),有機場效應晶體管(OFET),太陽能轉化,以及生物熒光探針等領域有著廣泛的應用前景。近二十年來,引起了化學和物理科學工作者們的極大興趣。
　　 為了滿足PDI化合物

2、存不同領域的應用,往往通過對其結構進行修飾,以獲得具有新穎的光電性質的PDI新材料。用相同取代基接在PDI的不同位置或不同取代基接在PDI的相同位置都將對其性質產(chǎn)生巨大的影響。PDI分子的結構修飾通常有兩種,一種是在PDI的N原子上引入不同的取代基,這種方法可以大大提高PDI化合物在有機溶劑中的溶解度,但是對PDI衍生物的光物理性質影響很小。第二種方法是在PDI的灣位置,1,6,7,12位引入不同的取代基,這樣既可以促進PDI衍生物的溶

3、解度,有能大幅度的改變PDI的光物理性質及電化學性質,使PDI衍生物可以應用于各種領域。本文工作主要集中在以下幾個方面:
　　 第一章:概述了PDI及其衍生物的基本性質、研究背景、合成方法以及應用領域。
　　 第二章:合成了灣位置1,6-及1,7位含有哌啶基和吡咯烷基的四種PDI衍生物,對比了四種具有相似結構的PDI衍生物的多種性質,包括化合物的穩(wěn)態(tài)吸收和熒光光譜,熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命,電化學性質,單晶結構以及DFT計

4、算數(shù)據(jù)。結果表明,吡咯烷基和哌啶基取代的單晶結構的微小差別導致了化合物之間性質存在較大的差別,吡咯烷基取代的苝核,其上面的C1-N3鍵長更短一些,氮原子具有更多的SP2雜化軌道性質與哌啶基取代相比。因此,吡咯烷基氮原子上面的孤電子對和苝核之間具有更加強烈的共軛相互作用。這些研究結果可以為新型的苝二酰亞胺衍生物的設計提供了更好的思路。
　　 第三章:通過密度泛函理論計算了一系列1,7-位含有苯基及乙炔基共軛取代基PDI衍生物。取代

5、基對PDI分子光化學和光物理性質造成了較大的影響,使PDI化合物的吸收和發(fā)射波長往長波區(qū)移動。
　　 第四章:利用密度泛函理論計算了一系列PDI衍生物的電荷傳輸效率,得到了這些PDI衍生物的電離能和電子親和能、前線分子軌道HOMO和LUMO的能級、空穴和電子重組能、以及最終的空穴和電子遷移率大小。CN取代的PDI具有較高的電子親和能,并且其對應的化合物A-CN和B-CN具有較小的電子重組能和空穴重組能?；衔顰具有最高的電子遷移