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基于稠环BODIPY的近红外纯有机室温磷光材料的合成与性能研究

批准号:
22108078
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘秀军
依托单位:
学科分类:
精细化工与专用化学品
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘秀军

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
室温磷光(RTP)材料广泛用于生物成像、OLED、防伪等领域。其中,纯有机RTP材料由于易修饰、低毒性等优点,具有更好的应用前景。目前研究的纯有机RTP材料大多发射波长较短,近红外型纯有机RTP材料鲜有报道。芳香稠环BODIPY具有大共轭体系,在长波长区光谱响应性能突出,有望构建近红外型纯有机RTP材料,但此类分子合成较为困难。基于此,本项目创新性地利用独特的砜基BODIPY卤化物为母体,与二苯乙烯发生[4+2]环加成反应,再通过氧化芳构化,即可简便合成芳香稠环BODIPY分子,再引入三聚氰酸形成磷光体。然后与烷基取代的三聚氰胺或芳香二甲酸混合,利用分子间氢键形成的刚性网络以及长烷基链的协同作用,有效降低非辐射跃迁以及接触氧气造成的磷光猝灭,得到近红外型纯有机RTP材料。总结共轭骨架、卤素种类与数目、氢键网络形状与磷光发射性能的关系,理清调控机制,发展系列高性能的近红外型纯有机RTP材料。
英文摘要
Room temperature phosphorescence (RTP) materials can be used in bioimaging, OLED, anti-counterfeiting, and other fields. Pure organic RTP materials have better applications due to their advantages of easy modification, low toxicity, etc. Many reported pure organic RTP materials exhibit short-wavelength emission and seldom emit in the near-infrared (NIR) regions. Aromatic ring fused BODIPY, featured with a larger conjugation system and excellent near-infrared absorption, are very promising pure organic phosphors to emit in the NIR region. However, such molecules are not easily prepared. Therefore, this project innovatively proposed a [4+2] cycloaddition strategy based on sulfoleno-BODIPY halides and stilbene derivatives, followed by in situ oxidation to afford the aromatic ring-fused BODIPYs with NIR emission. Subsequently, the introduction of cyanuric acids on the molecule will give the aromatic ring fused BODIPY phosphor, which will be mixed with alkyl-modified melamines or aromatic di-acid. The synergistic effect of intermolecular hydrogen bond networks and long alkyl chains will effectively reduce the non-radiative transition and the phosphorescence quenching caused by exposure to oxygen. As a result, pure organic RTP materials with NIR emission based on aromatic ring fused BODIPY will be obtained. The effects of the BODIPY conjugation skeleton, the type and number of halogens, or the H-bonds network on the RTP emission of the materials will be studied. Finally, the project will develop high-quality pure organic RTP materials with NIR emission.
室温磷光材料广泛用于生物成像、防伪等领域,但目前研究的有机室温磷光材料大多发射波长较短,近红外型室温磷光材料鲜有报道。芳香稠环多吡咯化合物具有大共轭体系,在长波长区光谱响应性能突出,有望构建近红外型室温磷光材料。1、创新性地利用独特的砜基吡咯在较为温和的条件下脱除SO2生成双烯的特性,与苯醌、二苯乙烯等亲双烯体发生的 Diels-Alder 环加成反应和后续氧化,简便高效地构建系列“推-拉”型低对称芳香稠环卟啉,实现全光谱吸收。2、通过引入取代基或改变吡咯连接方式,在砜基卟啉类分子中产生位阻效应,调控亚胺型砜基吡咯位置,实现区域选择性芳香稠环,克服此类化合物合成路线冗长、反应条件苛刻、选择性差等问题。3、基于卟啉外围多环芳醌的强 pi-pi 相互作用,通过溶剂调控芳醌稠环卟啉分子的晶体生长过程,晶体结构解析表明分子间存在“手拉手”或“肩并肩”式 pi-pi 堆积,为芳醌稠环卟啉分子的有序组装提供了理论指导。基于上述研究,项目负责人作为第一作者或共同通讯作者在国内外化学专业期刊发表论文 6 篇,协助培养博士研究生 2 名,硕士研究生 3 名,达到了预期的效果和目标。
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