9-芴酮是一种典型的含氧多环芳烃, 是多环芳烃含羰基官能团的衍生物。 含氧多环芳烃可以通过母体的直接光解或氧化而形成。 9-芴酮是一种廉价、 无毒的光催化剂, 并且, 通过时间分辨红外光谱和共振拉曼光谱可以将具有芳香羰基的9-芴酮作为研究光化学过程的原型分子。 此外, 由于9-芴酮是具有良好偶极矩的含氧多环芳烃, 它有望作为射电天文学研究的重要目标, 可以为确认深空多环芳烃的存在和揭示星际介质化学的内涵提供新的有效途径。 目前, 9-芴酮的纯转动光谱已逐渐在毫米波和微波范围内捕获。 本次工作的目标是扩大9-芴酮在微波C波段(4～8 GHz)的实验室观测范围, 进一步支持该分子和其他多环芳烃的天体物理研究。 具体而言, 在微波C波段, 利用具有加热电磁阀气体脉冲喷嘴的宽带啁啾脉冲傅里叶变换微波光谱仪(cp-FTMW)对潜在的天体物理分子(9-芴酮)进行了研究。 精确测量并归属了9-芴酮的27个全新的b类型纯转动跃迁。 将实验数据与微波数据结合进行拟合, 得到了9-芴酮的精确转动常数: A=1 445.884 739 29(10)MHz, B=584.871 673 6(71)MHz, C=416.550 607 8(81)MHz。 将测定的9-芴酮的光谱数据与各种理论计算和较高微波频率的实验结果进行了比较, 此次结合拟合的转动常数的精度有了明显提高。 可见, 结合新测量数据与现有的微波区转动数据进行全局拟合分析, 不仅有利于对基态结构的准确表征, 也为此类分子的计算研究提供了基础。 9-芴酮在振动基态下的新的转动跃迁的准确观测, 也为在深空寻找多环芳烃分子提供了更多的光谱数据, 将促进天体物理领域对多环芳烃的更广泛探索。 这项工作也证明了cp-FTMW谱仪利用加热喷嘴检测超音速喷射膨胀中非挥发分子的能力。

为提高有机发光二极管的发光效率, 设计合成了两种新的红光磷光双极性主体材料FC-CZ-PQZ和FC-BCz-PQZ, 两种材料均表现出优秀的光物理性能、较高热稳定能力和平衡的载流子传输能力, FC-BCz-PQZ表现最佳, 与FC-Cz-PQZ相比, FC-BCz-PQZ的热稳定能力更强、载流子传输平衡性更好。以FC-CZ-PQZ和FC-BCz-PQZ为主体, 制备了红色PhOLEDs, FC-BCz-PQZ表现出了较高的电致发光性能, 电流效率、功率效率和最大外量子效率分别为13.5 cd/A、14.2 lm/W 和 14.8%, 说明FC-BCz-PQZ有潜力成为红光PhOLED主体材料。

螺芴类空穴传输材料因优异的光电性能而备受关注。为了探究其电荷传输机制, 本文采用密度泛函理论研究了三种螺芴类小分子空穴传输材料的电子结构、重组能和电子耦合。结合Marcus电荷转移理论, 精确计算了所有小分子的载流子迁移率, 并与实验数据进行了比较。结果表明, X60和HT2分子的空穴迁移率与实验数据吻合良好, 处于同一数量级, 说明利用该理论模型精确计算分子的空穴迁移率具有一定的可行性。此外, ST2的空穴迁移率为1.82×10-4 cm2·V-1·s-1, 且具有良好的稳定性, 说明对螺核杂原子的修饰可进一步提升空穴传输材料的性能。这为开发高效的空穴传输材料提供了重要策略。

高阈值是实现直接电驱动聚合物激光器的主要障碍。本文采用性能优异的蓝光材料-聚芴(PFO)作为激光增益介质, 根据腔量子电动力学原理, 设计出结构合理的平面光学微腔, 通过减薄聚合物层厚度的方法进一步降低有源层材料自吸收; 采用两种不同材料体系的分布布拉格反射镜(DBR)构筑光学微腔, 减小顶部DBR制备过程中引入的额外光损耗, 获得了低损耗、高Q值的光学谐振腔; 有效调控PFO的自发发射和受激发射特性, 最终实现了峰值波长位于443 nm、阈值仅为30 mW/cm2的光泵浦低阈值聚合物激光器。

合成了一种具有深的HOMO (-6.15 eV)分子轨道和高三线态能级(T1, 2.82 eV)的新型化合物10-(2-螺-9,9′-氧杂蒽芴基)吩噻嗪(SFXPz)。因其宽的能带结构(Eg,4.22 eV)和深的HOMO能级而有望制备高效蓝色有机电致磷光器件。热重分析和差热扫描曲线表明, 该化合物具有良好的热稳定性(Td,259 ℃)和高的形态稳定性(Tg,206 ℃)。完全相互分离的HOMO和LUMO轨道有利于阻止分子内能量反转。SFXPz的紫外吸收峰分别位于230,260,292和310 nm左右; 其荧光光谱两个发射峰分别位于311, 324 nm左右。此外, 该化合物的分子结构经LC-MS、1H NMR和13C NMR进行了详细表征。

在实验合成染料WD8的基础上,设计了一系列新型双供体结构的染料ME301-ME306； 并利用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)和含时密度泛函理论(Time-dependent Density Functional Theory, TDDFT)进一步研究了其物理和电子性质,包括几何结构、IR光谱、吸收光谱和光捕获效率((Light Harvesting Efficiency, LHE)。结果显示,染料ME302中的供体芴基团是更有前途的官能团,特别是染料ME306与染料WD8相比,不仅具有较高的摩尔消光系数以及红移了50 nm, 而且覆盖整个可见光范围,具有较宽的吸收光谱。另外,染料ME306能够将电子有效地注入到TiO2导带中。这种新型双供体结构染料的设计可以为高效染料敏化太阳能电池的研究提供新的策略和指导。

以醋酸为溶剂、 浓硫酸为催化剂在120 ℃回流24 h, 通过傅克反应设计合成了一种大体积位阻型9,9-二芳基芴中间体［9-(4-苯胺基)-9-苯基芴］(FPPhNH2)。 通过核磁氢谱、 质谱、 红外等方法对该化合物的分子结构进行了详细表征。 核磁氢谱和红外光谱分别在6.55 ppm, 3　481和3　385 cm-1显示该化合物的特征官能团-氨基。用紫外-可见光谱和荧光光谱对9-(4-苯胺基)-9-苯基芴的光学性质进行了表征和初步探讨。　研究结果表明, 具有大体积空间位阻效应的9-(4-苯胺基)-9-苯基芴在二氯甲烷溶液中有四个主要吸收峰, 其吸收波长分别为243, 257, 298和311 nm; 在波长为308 nm的谱激发下, 得到发射波长为300～500 nm的发射光谱曲线, 其荧光光谱最大发射波长为328 nm, 且在405 nm左右有一个细小的峰并有一个长的拖尾至500 nm, 这可能源于苯胺基团中分子间氢键所引起的。 恰当的荧光发射范围(300～500 nm), 使其能够和经典蓝光客体材料双(4,6-二氟基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(FIrpic)的吸收光谱有较大的重叠(300～500 nm)。 通过巧妙的分子裁剪, 或可得性能优异的主体材料, 进而使制备高性能的发光器件成为可能。 为了进一步了解该化合物的光电性能, 以乙腈为溶剂, 以四丁基六氟磷酸胺为电解质,　通过循环伏安法对该化合物的电化学性能进行了表征。 其起始氧化电位和还原电位分别为0.898和－0.759 V, HOMO和LUMO能级分别为－5.38和－3.72 eV, 其较高的HOMO能级和较低的LUMO能级有利于空穴和电子的注入/传输, 这将进一步优化成性能优异的主体材料, 并为进一步制备性能优异的有机半导体发光器件提供有益参考。

发光电化学池在柔性显示和大面积发光面板的低成本制造方面具有显著优势,但是白光发光电化学池器件的制备一直是一个难题。本文报道了基于阳离子铱离子配合物的柔性黄光发光电化学池,其在6 V时的电流效率高达11.6 cd/A。并将此铱离子配合物与蓝光聚芴材料以一定比例混合,基于此材料制备了白光发光电化学池,其色坐标为（0.31,0.33）,接近标准白光。