聚集诱导发光化合物的分子设计与性能研究

聚集诱导发光化合物能够在聚集或固态条件下，通过改变分子组成、扭曲构象、刚性结构、堆积形态等调节发射强度和波长，使其在光电材料、生物传感器等领域具有广阔应用前景。目前，大多数研究是根据实验现象归纳和总结，进而推断产生此现象的原因，而理论上仅仅通过分析其前线分子轨道分布、单线态与三线态能量差或分子间相对排列来研究这一现象，非常有必要开展系统的理论研究。本项目旨在应用分子动力学和量子化学手段，通过精确计算和分析分子间相互作用力、电子结构、分子轨道、基态和激发态结构、载流子传输及能量转移路径等因素，同时结合最新理论研究成果，探讨聚集诱导发光化合物的发光机理，找到提高聚集状态发光效率的关键因素，深入系统地研究聚集诱导发光化合物的结构与性能之间的关系，为设计合成具有高发光效率和高载流子迁移率的新型聚集诱导发光材料提供理论依据。

根据申请书的研究计划，课题组人员认真执行，完成了项目的预定目标，在本项目支持下共计发表SCI论文45篇（其中，影响因子大于3.0的23篇；应邀撰写综述性论文1篇）。本项目主要从以下三方面开展工作：聚集诱导发光材料的设计、合成及其发光机理研究；探讨电子传输材料的传输机理以及分子间相互作用对传输性质的影响；研究系列化合物的发光机理以及决定燃料敏化太阳能电池能量转换效率的关键因素。. 离子铱配合物具有发光颜色易调节、良好的热稳定性、长的激发态寿命、好的溶解性、易提纯等优点。基于前期的理论基础，设计并合成了系列离子铱配合物，它们均具有聚集诱导磷光发射（AIPE）的性质。我们针对这种极少见的现象，不但实验上进行了光物理和温度依赖的聚集诱导等性质的表征，还从理论上进行了探讨。结果表明，分子内振动的限制是此类配合物具有聚集诱导发光性质的主要原因。此外，氧化-还原的可逆性、好的薄膜形成能力、优秀的热稳定性及发光的开关效应等方面的性质进一步证实了此类材料在OLED和有机传感器等方面的潜在应用。在前期工作基础上，我们通过合理调控辅助配体，首次合成了具有压致发色发光性质的金属铱配合物。通过研磨和加热该配合物可以使其呈现出很好的可逆变色发光现象，在光信息存储方面有着潜在应用价值，为金属铱配合物的发展和应用开辟了新道路。同时可以对该类分子进行定向合成，为构筑多功能化的金属铱配合物提供有效的途径。 . 获得高的发光效率一直是器件科学工作者追求的目标，高的发光效率主要决定于载流子的注入、传输、平衡以及激子的辐射效率等因素。然而，电子传输材料的操作性能和稳定性一直落后于空穴传输材料，这成为制约有机电子学发展的一个重要因素。本项目结合密度泛函理论和分子动力学模拟，探讨系列材料的电子传输性能，结果表明，完全一维π-π堆积并不利于材料的稳定与载流子的有效传输，反而丰富的传输通道能够使载流子的传输各向同性，达到很高的迁移率；分子间相互作用和分子堆积方式是相互决定的，而体系的堆积方式决定了材料电子迁移率的高低。. 同时从光捕获效率、电子注入的驱动力、重组能、光诱导产生的电子数目、垂直方向偶极矩以及电子复合的程度等方面探讨燃料敏化太阳能电池的能量转换效率问题，为合成设计新的高效染料提供了一定的理论指导。

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