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新型吡啶衍生物光电功能材料的设计、合成及结构与性质研究

作　者: 刘会军
导　师: 蒋民华；陶绪堂
学　校: 山东大学
专　业: 材料学
关键词: 有机晶体材料吡啶衍生物 π共轭体系晶体工程分子间相互作用配位聚合物 A型分子纳米孔道结构
分类号: TB34
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着现代科学技术的发展,从分子到材料,晶体学和晶体工程学肩负着重要的使命,尤其是在有机光电功能材料的研究开发方面。基于晶体工程学的基本原理,并在晶体学的研究方法和测试手段的帮助下,我们初步建立起了一种新的设计和研究光电功能材料的研究思路,并且成功获得了一些新的有机光电功能材料。主要研究工作总结如下;1、设计、合成了两种具有较大π电子共轭体系的吡啶类苯乙烯型有机晶体材料,利用X-射线衍射等手段解析了它们的晶体结构,并详细分析了它们在凝聚态下的分子形态、堆积方式、分子间相互作用等因素和线性光学性质之间的关系。确定了可以通过适当的分子剪裁来调控共轭体系的程度和分子在凝聚态下的堆积方式,以减少分子间的相互作用来改善和提高有机晶体材料在凝聚态下发光性质的研究思路。为了进一步证明这一思路的可行性,我们合成了另一类新型的有机小分子晶体材料。从分子设计的角度出发,减小分子的共轭程度,以削弱凝聚态下分子间的相互作用,尤其是存在于分子共轭骨架之间的相互作用。该化合物在凝聚态下表现出较强的单光子荧光发射,制作了电致发光器件,初步研究了该化合物的电致发光性能,结果表明该化合物在电致发光方面具有潜在的应用前景。2、吲哚咔唑具有很好的刚性平面结构和丰富的π电子,以及优良的电子离域环境。在生物、化学等诸多领域,吲哚咔唑衍生物已经展现了许多奇特的性质和功能,但作为发光材料的研究却没有引起足够的重视。从分子设计的角度出发,设计、合成了以吲哚咔唑为中心母环,在2,8位衍生双二苯乙烯的直线型结构的大π共轭体系双齿配体。从晶体工程学的角度考虑,用链状硫氰酸镉和双齿配体通过自组装合成了多维链状配位聚合物,将具有大π共轭体系的有机配体分子有效地隔开,消除了配体分子凝聚态下的分子间相互作用,最大限度地减少了其凝聚态下的荧光淬灭效应。同时在配位聚合物中,金属离子对π体系有强烈的诱导效应,可以形成有机无机杂化的分子轨道。这些电子和空间结构的独特效应,大大增强了配位聚合物的荧光发射强度,同时使发射峰发生位移。晶体学研究、线性光谱分析、量子化学理论计算都证实了通过有机无机杂化实现金属离子对π体系有强烈的诱导效应是一种设计强荧光材料的有效方法。3、在线性分子π电子共轭体系有机晶体材料的研究基础上,我们又把苯乙烯共轭体系引入到∧型骨架中,研究其在∧型分子里对于材料结构和性质等方面的影响。在∧型有机晶体材料的研究方面,我们初步取得了一些在合成和结构上有意义的进展;得到了一个有意义的中间体产物并解析了其晶体结构,找到了一种在不对称合成方面可能有应用潜力的合成方法。4、具有纳米孔道结构的多孔结构材料在催化、分离、非线性光学、气体储存、生物模拟、生物探针等领域都具有潜在的应用价值。纳米孔道广泛存在于无机、配合物、金属有机材料中,具有纳米孔道结构的有机晶体材料鲜见报道。我们在研究由∧型双枝分子构筑的有机晶体材料过程中,得到了一种新型具有顺时针螺旋结构的纳米级有机多孔晶体结构材料。孔道的内直径为9.442～16.755(?),一个单胞中孔道的体积是1299(?)~3,占整个晶胞体积的11.62%,可以容纳一般的气体分子和有机小分子等,因此在储氢材料或主客体化学方面有潜在的应用前景。通过单晶X-射线衍射、元素分析、核磁共振、质谱等现代分析手段表征了这一特殊结构,从超分子化学和晶体工程学方面探讨了这种晶体的形成原因,初步得出基于∧型的A-π-D…D-π-A型的特殊分子构型的分子间静电相互作用是形成这种特殊结构的主要原因。这一有意义的结论将有助于设计与合成更多结构奇特、功能多样的纳米多孔有机晶体材料。

全文目录

目录  4-8
摘要  8-10
Abstract  10-14
第一章绪论  14-46
  1.1 晶体工程学在有机光电功能材料中的应用  14-37
    1.1.1 从分子到晶体  14-15
    1.1.2 晶体材料中分子间相互作用  15-25
    1.1.3 晶体工程学在有机光电功能材料中的应用概况  25-28
    1.1.4 晶体工程学在有机电致发光材料中的应用  28-37
  1.2 论文的研究思路、主要研究内容  37-39
    1.2.1 论文的研究思路  37-38
    1.2.2 论文的主要研究内容  38-39
  参考文献  39-46
第二章强荧光有机晶体材料设计、合成及结构与性质研究  46-90
  2.1 研究思路  46
  2.2 材料的分子设计、合成和表征  46-51
    2.2.1 分子设计及合成路线  46-48
    2.2.2 化合物的合成及表征  48-51
  2.3 晶体结构  51-67
    2.3.1 化合物Liu-1的晶体结构表征  51-56
    2.3.2 Liu-2分子的晶体结构表征  56-61
    2.3.3 Liu-3分子的晶体结构表征  61-67
  2.4 线性光学性质及理论研究  67-80
    2.4.1 线性吸收  68-71
    2.4.2 溶液荧光及量子产率  71-76
    2.4.3 凝聚态荧光及荧光寿命  76-80
  2.4.5 量子化学理论研究  80-82
  2.5 电致发光性质研究  82-87
    2.5.1 器件结构  82-84
    2.5.2 电致发光性质研究  84-87
  2.6 本章小结  87
  参考文献  87-90
第三章强荧光配位聚合物晶体材料设计、合成及结构与性质研究  90-120
  3.1 研究思想  90-91
  3.2 配体及配位聚合物的分子设计、合成、表征  91-96
    3.2.1 分子设计及合成路线  91-93
    3.2.2 有机分子的合成及表征  93-96
  3.3 配体及配位聚合物的晶体结构  96-105
    3.3.1 配体BPVIC分子的晶体结构表征  96-101
    3.3.2 配位聚合物[Cd_2(BPVIC)_2(SCN)_4]_∞的晶体结构表征  101-105
  3.4 配体及配位聚合物线性光学性质及理论研究  105-113
    3.4.1 配体及配位聚合物线性吸收  106-108
    3.4.2 配体及配位聚合物凝聚态单光子荧光光谱  108-110
    3.4.3 配体及配位聚合物的理论研究  110-113
  3.5 本章小结  113-114
  参考文献  114-120
第四章手性分子晶体材料的初步探讨  120-146
  4.1 研究思路  120
  4.2 刚性∧形手性分子的设计、合成和表征  120-126
    4.2.1 分子设计及合成路线  120-123
    4.2.2 手性化合物的合成、表征  123-126
  4.3 晶体结构  126-139
    4.3.1 SBPVMD晶体结构表征  126-131
    4.3.2 DMPVMD晶体结构表征  131-139
  4.5 本章小结  139-140
  参考文献  140-146
第五章总结与展望  146-149
  5.1 论文总结  146-147
  5.2 论文创新点  147-148
  5.3 有待于进一步深入的工作  148-149
致谢  149-150
攻读博士期间完成的论文  150-160
学位论文评阅及答辩情况表  160

新型吡啶衍生物光电功能材料的设计、合成及结构与性质研究

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