二苯并噻咯類化合物的應用研究進展

李彥敏,李書宏

(北京工商大學理學院，北京　10048)

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二苯并噻咯類化合物的應用研究進展

李彥敏,李書宏

(北京工商大學理學院，北京10048)

二苯并噻咯類化合物，將主族元素硅的特性與其本身的剛性共平面結構相結合，具有特殊的有機電致發光特性。噻咯環位于結構中心，硅原子的兩個環外硅原子的兩個環外σ*軌道與丁二烯部分的π*軌道產生σ*-π*共軛，可以有效降低最低未占有軌道(LUMO)的能量，提高電子親和性和導電性，有利于電子的傳輸，本文著重對該類化合物在有機發光二極管、太陽能電池 或光伏電池、有機場效應晶體管及爆炸性物質檢測等方面的研究進展。

硅橋聯；二苯并噻咯；性質

硅橋聯并環π共軛分子，以其特殊的剛性共平面結構避免了構造的無序性，較非并環結構母體增強，具有較強的熒光特性、高載流子傳輸效率等，同時主族元素硅的引入將結構與其軌道特性相結合，賦予此類化合物特殊的有機電致發光特性[1]，并引起研究者們廣泛的關注，其中二苯并噻咯(也稱硅芴)便是研究最廣泛的一類化合物。噻咯環位于其結構中心，硅原子的兩個環外σ*軌道與丁二烯部分的π*軌道產生σ*-π*共軛，可以有效降低最低未占有軌道(LUMO)的能量，提高電子親和性和導電性，有利于電子的傳輸[2]。目前已有研究者們針對此類化合物研究進展做了綜述，但是側重點各有不同，如李良春等[1]根據母體結構的不同，對硅橋聯并環π共軛分子的研究進展做了綜述，其中包括二苯并噻咯；Leclerc等[3]報道了應用于光伏器件和白光OLED的聚合物的研究概況，包括聚(2,7-硅芴)。本文著重對二苯并噻咯類化合物在有機發光二極管( Organic Light Emitting Diodes, OLED)[4]、太陽能電池[5-6](Solar Cells)、有機場效應晶體管(Organic Filed Effect Transistors, OFETs)[7]、爆炸性微粒檢測[8]等方面的應用研究進行綜述。

1　OLED

McDowell等[2]合成了一系列硅原子上含不同側基的2,7-二溴-3,6-二甲氧基-9,9′-硅芴單體，(結構如化合物1～6)所示，開發了一條有效的室溫聚合路線，探索了反應溶劑對聚合物反應的影響。聚合物數均分子量Mn>50 kg/mol，發藍光，固體量子效率>80%，聚合物膜透明，熱穩定性好。用循環伏安法測得其HOMO能級為-5.62 eV，LUMO能級為-2.62 eV。他們還將得到的化合物5和6 通過鎳催化的Prilezhaev反應得到聚合物7和8，兩種聚合物形成的光圖案分辨率達10 μm[9]。

2　太陽能電池或光伏電池

Cai 等[10]將化合物9 PSiF-BBT與[6,6]-苯基-碳61-丁酸甲酯PC61BM混合，做成大型異質結聚合物太陽能電池，能量轉化率為3%，研究者發現通過氯仿溶液比氯苯溶液處理過的處理的電池能量轉換率和短路電流提高50%。光學、電學及形態學研究得到的結果表明經過氯仿處理的聚合物薄膜的吸收系數增加，形成的富聚合物纖維結構可提高器件性能。

Woong Shin等[11]將結構上共平面的共軛二苯并噻咯和吡咯并吡咯二酮形成的化合物10 PDPPDBSi作為電子給體[6,6]-苯基-碳71-丁酸甲酯PC71BM作為電子受體，然后加入少量的1，8-二碘辛烷，通過溶液法做成太陽能電池，能量轉換效率最高可達4.13%，短路電流密度為-11.3 mA/m2，填充系數為0.52，開路電壓為0.71 V。

3　OFET

Hakan Usta等[7]合成了幾種新型的硅芴-噻吩聚合物11和12，作為半導體制作成有機場效應晶體管載流子遷移率接近0.1 cm2/Vs和電流開關率達105～106。為了更好地研究和理解他們的理化/OFET性能，還合成了芴基類似物，結果表明硅芴-噻吩共聚物薄膜具有更好的織構，可以展現出較大空穴遷移率與電流開關率。通過提高聚合物分子量，優化膜的沉積/處理條件可以進一步提高晶體管的性能。

4　爆炸性物質檢測

5　結　語

二苯并噻咯類化合物是研究最廣的硅橋聯π共軛并環聯苯體系，以其特殊的電子及結構特性受到研究者們越來越多的關注。二苯并噻咯類化合物由于其剛性共軛結構而具有較好的熱穩定性，而且剛性結構可以提高分子的量子效率。將硅元素的電子軌道特性與橋聯并環剛性梯形結構結合在一起，在此基礎之上，通過設計和改性來改變它們在溶液中和固態下的光物理性能，發展具有良好熱性能的二苯并噻咯類化合物。

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Research Progress on Apllication of Dibenzosilole-based Compounds

LIYan-min,LIShu-hong

(School of Science, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Dibenzosilole-based compounds have special organic light emitting properties, as a result of the combination of the orbit characteristics of the main group elements and the rigid coplanar structure, silole ring is located in the center of the structure. These compounds are reported to have high electron affinity and conductivity, facilitate the electron transportation and lower the unoccupied molecular orbital (LUMO) energy, originating from σ*-π*conjugation between the σ*-antibonding orbital of the exocyclic Si-C bond and the π*antibonding orbital of the butadiene fragment. Organic light-emitting diodes, solar cell or photovoltaic cell, field effect transistor and explosive substances detection aspects of this kind of compounds were discussed.

silicon-bridge；dibenzosilole; photo-electronic properties

TQ914.1

B

1001-9677(2016)08-0039-03