空间共轭和杂原子对聚集诱导发光性能影响的机理研究

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1、硕士学位论文空间共轭和杂原子对聚集诱导发光性能影响的机理研究作者姓名罗文文学科专业材料学指导教师赵祖金教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月23日TheImpactsofThrough-SpaceConjugationandHeteroatomsontheOpticalPropertyofAIEgensADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LuoWenwenSupervisor：Prof.ZhaoZujinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China

2、分类号：TB34学校代号：10561学号：201520115520华南理工大学硕士学位论文空间共轭和杂原子对聚集诱导发光性能影响的机理研究作者姓名：罗文文指导教师姓名、职称：赵祖金教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：聚集诱导发光机理的研究论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张艺教授委员：梁国栋教授秦安军教授赵祖金教授胡蓉蓉教授摘要与传统发光体的聚集导致发光猝灭不同，聚集诱导发光（AIE）分子在溶液中几乎不发光，聚集态下却发光很强，它们在发光器件、化学传感和生物探针

3、等方面应用广泛。对其发光机理和构效关系的研究有助于指导构筑新型高效的有机发光材料。本论文结合实验手段和理论计算，系统研究了空间共轭和杂原子对新型AIE材料发光性能的影响。在第三章中，我们结合实验数据和理论计算研究了折叠四苯基乙烯（TPE）衍生物的光物理性质、晶体结构及堆积方式等。通过分析结构和光谱性质的关系，我们发现，折叠TPE衍生物的长波处（S0→S1）的吸收主要来自于TPE骨架，而高能级的（S0→Sn）强吸收主要来自于参与空间共轭的折叠寡聚苯链段；空间共轭主要影响折叠TPE衍生物高能级的吸收。折叠TPE衍生物在单分子状态下能观察到荧光发射，是因为部分基团的分子内转动在折叠构型下

4、受到限制；而聚集状态下分子内运动进一步受限，重整能继续减小，因而荧光量子产率提高，发射光谱蓝移。在第四章中，我们研究了含杂原子的空间共轭折叠TPE衍生物的光物理性质，结果显示，随着杂原子的引入，折叠分子两条共轭链的相互作用发生了变化。在苯-苯、苯-噻吩和苯-呋喃面对面排列的折叠分子中，两条共轭链均存在着较强的空间共轭作用，其中苯-噻吩和苯-呋喃面对面排列的折叠分子的空间共轭程度更大，分子内π‒π相互作用更强。苯-苯面对面排列的折叠分子的辐射跃迁主要分布在TPE片段上，荧光量子产率较高。而苯-噻吩和苯-呋喃面对面排列的折叠分子的荧光发射则主要来源于乙烯基的双键和折叠链段的重叠部分，受

5、空间共轭作用影响明显，荧光量子产率较低。在第五章中，通过对苯并噻吩、并二噻吩衍生物及其氧化物的光物理性质进行研究，我们发现系间窜越速率将会对分子的发光性能产生重要影响。该体系中，单分子状态下，它们的内转换速率远大于辐射跃迁速率和系间窜越速率，因而荧光量子产率较低；聚集状态下，内转换速率大大降低，荧光量子产率有所增加。固态下，被氧化的分子自旋轨道耦合系数较小，且S1态能级降低，S1→Tn的通道减少，系间窜越速率降低，而且分子间π‒π相互作用变小，荧光量子产率较高。关键词：聚集诱导发光；四苯基乙烯衍生物；空间共轭；杂原子效应；自旋-轨道耦合IABSTRACTThemoleculesth

6、atglowaweaklightorevengodarkindilutesolutionsbutshowrobustemissioninaggregatedstatesarecalledaggregation-inducedemission(AIE)luminogens.AIEmaterialsshowgreatpotentialapplicationsinorganicoptoelectronicdevices,chemicalsensors,biologicalprobesandfluorescenceimaging.StudiesonAIEmechanismandstruct

7、ure-propertycorrelationswillhelptodesignhighlyefficientsolid-stateluminescentmaterials.Inthisthesis,theimpactsofthrough-spaceconjugationandheteroatomsonAIEpropertiesaresystematicallystudiedexperimentallyandtheoretically.Inchapter3,wefoc