摘要
螺环化合物因具有较高的热稳定性、空间位阻效应、易于分子修饰等优点在有机电子领域广泛应用，其中尤以螺二芴为代表。而在有机电子产品即将大面积产业化的过程中，绿色环保将变得尤为重要，因此对绿色有机半导体的开发将刻不容缓，这就需要采用经济有效的合成路线、低耗友好的加工处理获得可生物降解或可回收利用的电子器件。然而螺二芴由于合成步骤较多使其产品价格较贵，提高了有机器件的成本，而作为螺环化合物的另一个代表，螺芴氧杂蒽具有简单的原子经济的合成路线、灵活多变的分子设计而有望取代螺二芴类有机材料，加速螺环化合物的商业化进程。本文基于螺芴氧杂蒽设计了一系列螺环分子用于有机光电器件，探索其优良性能并朝着绿色有机半导体展开了实践。 1.合成简单的二聚SFX用于电致磷光主体材料，实现红、绿、蓝三基色全彩显示 我们用简单的乌尔曼反应合成了两种氧连的二聚SFX主体材料，分别用于红绿蓝三色电致磷光器件，结果表明，如同螺环的双单元结构，简单的二聚SFX结构就比SFX单体大大提高了器件效率，而采用不对称的分子设计有利于无定形态的形成，且可以与掺杂的磷光客体材料形成较好的相分离，更加有利于器件性能的提高。 2.一步反应合成四臂型螺芴分子用于钙钛矿太阳能电池，有效实现空穴传输功能 以低廉易得的四溴螺芴氧杂蒽为原料，我们用简洁的一步反应合成了具有四臂结构的螺芴基空穴传输材料八（4-甲氧苯基）螺芴氧杂蒽-2，2'，7，7'-四胺(TTMeODPA-SFX)。在分别用该化合物和Spiro-MeOTAD构筑的结构为FTO/TiO2/Perovskite/HTM/Au的太阳能电池器件中，分别获得了12.94％和12.91％的光电转换效率。具有与Spiro-MeOTAD相媲美的性能，加之低成本的合成路线，TTMeODPA-SFX有望实现商业化成为新的螺环型功能材料。 3.基于SFX的寡聚芴分子作为激光增益介质，成功实现低阈值蓝光激射 采用经典的Suzuki反应合成了寡聚芴型分子2，3'，6'，7-四（9，9-二辛基-9H-芴-2-基）螺[芴-9，9'-氧杂蒽](TTC8FSFX)，通过溶液加工获得有效的激光增益介质薄膜，在二阶分布反馈式激光器件中获得了阈值为6.5kW·cm-2、发射波长为419nm的深蓝光发射，半峰宽小至0.4nm。作为较好的光泵浦激光材料的同时，此类寡聚芴型分子也可能为电泵浦激光开辟新的前景。 4.采用原子经济的合成路线，完成了基于SFX的绿色有机半导体的探索 结合两种原子经济的合成方法（“一锅法”和C-H键活化），我们合成了哑铃型分子二-(2-螺[芴-9，9'-氧杂蒽]基)-1，2，4，5-四氟苯(DSFX-TFB)，并且将其用于非掺杂的蓝光发射OLED及用主客体结构作为发光层的荧光OLED。这种哑铃形状分子有利于抑制分子间的堆积作用，提高了器件性能与材料的稳定性，在非掺杂蓝光OLED器件获得了最大外量子效率为4.1％的深蓝光发射。此外，以DSFX-TFB为主体、DSA-Ph为客体的荧光OLED器件能够实现有效的能量转移，获得了最大电流效率和功率效率分别为8.03cd·A-1和4.62lm·W-1的天蓝光发射。而材料的绿色合成路线也为绿色半导体的探索奠定了基础。
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