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电刺激响应型磷光铱配合物的设计、合成及其光电性质研究

林文鹏  
【摘要】:电刺激由于能够方便与当前的半导体技术相结合,是一种重要的外界刺激方式。电刺激响应型磷光变色材料由于在显示器件、传感器、信息存储和逻辑门等领域,具有潜在应用前景,而吸引了人们的研究兴趣。磷光铱配合物具有高的发光量子效率、长的发射寿命、易调节的发射波长和丰富的激发态性质等优异光物理性质,广泛应用于有机发光二极管、有机电存储、化学传感和生物成像等领域。磷光配合物的光物理性质不仅依赖于金属中心和配体结构,而且对外界环境是非常敏感的。目前,大多数磷光铱配合物的光物理性质调控手段主要是合成新的配体骨架,或对配体进行化学修饰。然而,这些调控手段一般需要复杂的化学反应或苛刻的反应条件。因此这些调控方法限制了磷光铱配合物的进一步发展。由于磷光铱配合物的光物理性质还容易受外界环境的影响,因而利用外界刺激来调节磷光铱配合物的光物理性质是一种简单而有效的调控手段。本论文旨在发展电刺激响应型磷光材料及其在光电器件领域的应用。论文的研究内容包括以下四部分:1、含不同抗衡离子的离子型铱配合物的设计、光物理性质调控及其电致磷光变色我们在前期研究工作中发现,在离子型铱配合物中引入氢键受体(-NH),能够通过不同抗衡阴离子来调节配合物发射波长,然而其调节范围(~50 nm)有限。为了进一步实现配合物发射波长的大范围调控,我们通过选取含两个氢键受体(-NH)的辅助配体,设计合成了一系列含不同抗衡阴离子的离子型铱配合物。这类配合物的阳离子与抗衡阴离子之间不仅存在静电相互作用,而且还具有有趣的氢键作用。由于配合物阳离子与不同抗衡阴离子形成的氢键强度不同,能够有效调控配合物的光物理性质,实现其发射波长从493 nm到591 nm(~100nm)的大范围调节。重要的是,通过施加电场诱导氢键强度发生变化,实现了电场诱导的磷光变色,并将其用于信息记录与存储。2、羟基功能化离子型铱配合物的设计、合成及其电致磷光变色为了能够更好地阐述和验证电致磷光变色的机理,我们设计合成了一种含羟基功能团(-OH)的铱配合物,发现其发光性质不仅表现出了浓度和酸/碱诱导的磷光变色,并且显示出了电刺激诱导的磷光变色。我们利用理论计算和实验数据对配合物的磷光变色行为进行了阐述。基于这种有趣的电致磷光变色,我们进一步构建了一种准固态的信息存储器件。此外,我们利用磷光的长发光寿命,通过时间分辨成像技术,实现了铱配合物在具有安全保护功能的信息存储器件中的应用。3、中性铱配合物的设计、合成及外加离子辅助的电致磷光变色磷光铱配合物从结构上可分为离子型配合物和中性配合物两种类型。为了研究中性配合物在电刺激作用下的发光性质,我们进一步将氢键受体(-NH)引入到中性铱配合物中,发现其磷光性质不依赖于电场,但是加入四丁基铵盐能够使其表现出电致磷光变色性质,证明了离子迁移对配合物的磷光变色起着关键作用,从而使电致磷光变色由离子型配合物拓展到中性配合物,进一步发展了材料体系。通过修饰配合物的配体结构,实现了发光颜色可调的电致磷光变色。研究结果表明,含氢键受体的中性配合物在外加离子辅助作用下能表现出电致磷光变色。4、芳基硼功能化铱配合物的设计、合成及其分子开关的构建三芳基硼材料因其具有有趣的光学和电学性质,是一类重要的有机光电子材料。为了利用其优良的特性,我们设计合成了两种三芳基硼功能化的铱配合物。通过Lewis酸碱(B-F)相互作用,它们的发光性质表现出了对氟离子的响应特性,导致发光猝灭。进一步,我们还发现B-F键对电场敏感,施加电场能够使其发生断裂,从而恢复配合物的发光。基于这种发光变化,我们构建了磷光分子开关,并以氟离子和电刺激作为两种输入方式,构建了分子逻辑门。


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