聚芴类共轭聚合物(PFs)从溶液到薄膜凝聚态演变过程中的定量构效关系

doi:10.6023/A19010039

化学学报 ›› 2019, Vol. 77 ›› Issue (5): 397-405.DOI: 10.6023/A19010039 上一篇下一篇

研究评论

聚芴类共轭聚合物(PFs)从溶液到薄膜凝聚态演变过程中的定量构效关系

张昊, 黄龙, 李涛, 刘宾, 白泽明, 李小娜, 陆丹

吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室长春 130012

投稿日期:2018-12-25 发布日期:2019-03-18
通讯作者: 陆丹 E-mail:lud@jlu.edu.cn
作者简介:张昊,吉林大学化学学院在读博士生.2012年、2016年、2018年于吉林大学化学学院就读学士、硕士及博士,师从陆丹教授.研究方向为共轭高分子溶液行为及凝聚态结构;陆丹,理学博士,教授,博士生导师.1993年考入中国科学院长春应用化学研究所,高分子化学与物理国家重点实验室攻读硕士学位后直博,师从于冯之榴、李滨耀研究员,1998年获得博士学位.1998～2001年,在吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,师从于沈家骢院士做博士后研究工作,后留校任教.研究兴趣主要包括:共轭聚合物链构象变化对载流子迁移特性影响的研究;外电场对共轭高分子有序结构的调控及载流子迁移特性的影响;共轭高分子PFO链构象及其凝聚态结构的标度律研究.
基金资助:
项目受国家自然科学基金（Nos.21174049，91333103，21574053）资助.

Quantitative Structure-property Relationship of Polyfluorene Conjugated Polymers Condensed State from Solution to Film

Zhang Hao, Huang Long, Li Tao, Liu Bin, Bai Zeming, Li Xiaona, Lu Dan

State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials, College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012

Received:2018-12-25 Published:2019-03-18
Contact: 10.6023/A19010039 E-mail:lud@jlu.edu.cn
Supported by:
Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21174049, 91333103, 21574053).

文章分享

摘要/Abstract

聚芴（polyfluorenes，PFs）是一类具有高荧光效率和良好热稳定性的经典蓝光共轭聚合物.本研究组近年来集中于聚芴类共轭聚合物溶液中单链构象-聚集态结构-薄膜凝聚态结构-器件性能间的定量构效关系研究，利用静/动联用激光光散射等表征手段，结合标度率研究方法，对PFs成膜前体溶液复杂的单链和聚集的形态结构进行了系统的研究.结合光谱与电镜等方法，揭示出PFs在溶液中孤立单链、凝聚态结构、β构象及其过渡态结构形成的动力学过程、机理及规律，构建出成膜前体溶液单链构象-薄膜中链构象-器件性能之间的定量构效关系.旨在从高分子本征性质入手，提高其光电效率.本研究不仅对聚芴类高分子，而且对整个共轭聚合物类材料的设计与加工都将具有重要的指导意义.

关键词: 共轭聚合物, 链构象, 聚集态结构, 光电器件性能, 定量构效关系

Polyfluorenes are not only a class of classical blue conjugated polymers with high fluorescence efficiency and good thermal stability, but also a hairy-rod polymer model due to their rigid main chain and flexible side chain. Therefore, PFs have received attention and related reports are continuing. Most of the research on PFs has focused on the synthesis of new functional materials and the improvement of device structure to improve their photoelectric properties. However, the research on single chain conformation, chain aggregation structure, film condensed structure and photovoltaic devices performance in the process of precursor solution to film are rarely reported. In recent years, our research group focused on the quantitative structure-property relationship of polyfluorene conjugated polymers condensed state from solution to film. The complex single chain and aggregate shape characteristics of PFs precursor solutions were studied by static/dynamic laser scattering and other methods. Combining spectroscopy, electron microscopy and other methods, the kinetic evolution of PFs in isolated single chain, aggregation condensed-structures, transition state and the mechanism and regularity of β-conformation are revealed. Quantitative structure-property relationship of single-chain conformation of precursor solution, aggregate structure of thin film and optoelectronic device performance is established. The aim is to improve the photoelectric efficiency of the polymer from the intrinsic properties. The research will have important guiding significance not only for polyfluorene-based polymers but also for the design and processing of the entire conjugated polymer materials.

Key words: conjugated polymer, chain conformation, aggregate state, photoelectric property, quantitative structure-property relationship

引用此文

张昊, 黄龙, 李涛, 刘宾, 白泽明, 李小娜, 陆丹. 聚芴类共轭聚合物(PFs)从溶液到薄膜凝聚态演变过程中的定量构效关系[J]. 化学学报, 2019, 77(5): 397-405.

Zhang Hao, Huang Long, Li Tao, Liu Bin, Bai Zeming, Li Xiaona, Lu Dan. Quantitative Structure-property Relationship of Polyfluorene Conjugated Polymers Condensed State from Solution to Film[J]. Acta Chim. Sinica, 2019, 77(5): 397-405.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Friend, R. H.; Gymer, R. W.; Holmes, A. B.; Burroughes, J. H.; Marks, R. N.; Taliani, C.; Bradley, D. D. C.; Dos Santos, D. A.; Brédas, J. L.; Lögdlund, M.; Salaneck, W. R. Nature 1999, 397, 121.
[2] Cheng, Y.-J.; Yang, S.-H.; Hsu, C.-S. Chem. Rev. 2009, 109(11), 5868.
[3] McGehee, M. D.; Heeger, A. J. Adv. Mater. 2000, 12(22), 1655.
[4] Jia, T.; Zheng, N.-N.; Cai, W.-Q.; Ying, L.; Huang, F. Acta Chim. Sinica 2017, 75(8), 808(in Chinese). (贾涛, 郑楠楠, 蔡万清, 应磊, 黄飞, 化学学报, 2017, 75(8), 808.)
[5] Liu, Y.; Yuan, J.; Zou, Y.-P.; Li, Y.-F. Acta Chim. Sinica 2017, 75(3), 257(in Chinese). (刘晔, 袁俊, 邹应萍, 李永舫, 化学学报, 2017, 75(3), 257.)
[6] Liang, L.; Liu, L.-N.; Chen, X.-Q.; Xiang, X.; Lin, Q.; Lu, Z.-Q.; Li, J.-J.; Li, W.-S. Chin. J. Org. Chem. 2019, 39(1), 157(in Chinese). (梁龙, 刘丽娜, 陈学强, 项宣, 凌君, 鲁郑全, 李靖靖, 李维实, 有机化学, 2019, 39(1), 157.)
[7] Xie, L.-H.; Yang, S.-H.; Lin, J.-Y.; Yi, M.-D.; Huang, W. Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2013, 371, 2000.
[8] Dudek, S. P.; Pouderoijen, M.; Abbel, R.; Schenning, A. P. H. J.; Meijer, E. W. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127(33), 11763.
[9] Pei, J.; Liu, X.-L.; Chen, Z.-K.; Zhang, X.-H.; Lai, Y.-H.; Huang, W. Macromolecules 2003, 36(2), 323.
[10] Smela, E.; Jager, E. W. H.; Inganas, O.; Smela, E.; Inganäs, O. Science 2000, 290, 1540.
[11] Kim, J. Y.; Lee, K.; Coates, N. E.; Moses, D.; Nguyen, T. Q.; Dante, M.; Heeger, A. J. Science 2007, 317, 222.
[12] Cui, H.-N.; Qiu, F.; Peng, J. Acta Chim. Sinica 2018, 76(9), 691(in Chinese). (崔惠娜, 邱枫, 彭娟, 化学学报, 2018, 76(9), 691.)
[13] Lin, D.-Y.; Song, S.-C.; Chen, Z.-Y.; Guo, P.-R.; Chen, J.-H.; Shi, H.-H.; Mai, Y.-L.; Song, H.-C. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38(1), 103(in Chinese). (林丹燕, 宋森川, 陈智勇, 郭鹏然, 陈江韩, 史华红, 麦裕良, 宋化灿, 有机化学, 2018, 38(1), 103.)
[14] Pan, B.; Zhu, Y.-Z.; Qiu, C.-J.; Wang, B.; Zheng, J.-Y. Acta Chim. Sinica 2018, 76(3), 215(in Chinese). (潘彬, 朱义州, 邱昌娟, 王冰, 郑健禺, 化学学报, 2018, 76(3), 215.)
[15] Cui, J.-J. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38(11), 2888(in Chinese). (崔晶晶, 有机化学, 2018, 38(11), 2888.)
[16] Zheng, Y. Q.; Yao, Z. F.; Lei, T.; Dou, J. H.; Yang, C. Y.; Zou, L.; Meng, X.; Ma, W.; Wang, J. Y.; Pei, J. Adv. Mater. 2017, 29(42), 1701072.
[17] Samuelsen, E. J.; Breiby, D. W.; Konovalov, O.; Struth, B.; Smilgies, D. Synth. Met. 2001, 123, 165.
[18] Neher, D. Macromol. Rapid Comm. 2001, 22, 1365.
[19] Scherf, U.; List, E. J. W. Adv. Mater.2002, 14(7), 477.
[20] Marsitzky, D.; Murray, J.; Scott, J. C.; Carter, K. R. Chem. Mater. 2001, 13(11), 4285.
[21] Klärner, G.; Lee, J. I.; Davey, M. H.; Miller, R. D. Adv. Mater. 1999, 11(2), 115.
[22] Zeng, G.; Yu, W. L.; Chua, S. J.; Huang, W. Macromolecules 2002, 35(18), 6907.
[23] Hayer, A.; Khan, A. L. T.; Friend, R. H.; Köhler, A. Phys. Rev. B-Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71(24), 241302.
[24] Ballauff, M. Macromolecules 1986, 19(5), 1366.
[25] Grell, M.; Bradley, D. D. C.; Long, X.; Chamberlain, T.; Inbasekaran, M.; Woo, E. P.; Soliman, M. Acta Polym. 1998, 49, 439.
[26] Knaapila, M.; Almásy, L.; Garamus, V. M.; Ramos, M. L.; Justino, L. L. G.; Galbrecht, F.; Preis, E.; Scherf, U.; Burrows, H. D.; Monkman, A. P. Polymer 2008, 49(8), 2033.
[27] Lu, H. H.; Liu, C. Y.; Chang, C. H.; Chen, S. A. Adv. Mater. 2007, 19(18), 2574.
[28] Peet, J.; Brocker, E.; Xu, Y.; Bazan, G. C. Adv. Mater. 2008, 20(10), 1882.
[29] Huang, L.; Huang, X.; Sun, G.; Gu, C.; Lu, D.; Ma, Y. J. Phys. Chem. C 2012, 116(14), 7993.
[30] Hirata, S.; Lee, T. J.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 1999, 111(19), 8904.
[31] Li, T.; Huang, L.; Bai, Z.; Li, X.; Liu, B.; Lu, D. Polymer 2016, 88, 71.
[32] Huang, L.; Li, T.; Liu, B.; Zhang, L.; Bai, Z.; Li, X.; Huang, X.; Lu, D. Soft Matter 2015, 11(13), 2627.
[33] Dai, S.; Tam, K. C.; Jenkins, R. D. Macromolecules 2000, 33(2), 404.
[34] Niu, A.; Liaw, D. J.; Sang, H. C.; Wu, C. Macromolecules 2000, 33(9), 3492.
[35] Raspaud, E.; Lairez, D.; Adam, M.; Carton, J. P. Macromolecules 1994, 27(11), 2956.
[36] Zhang, G.; Niu, A.; Peng, S.; Jiang, M.; Tu, Y.; Li, M.; Wu, C. Acc. Chem. Res. 2001, 34(3), 249.
[37] Huang, Z.; Huang, Y.; Li, X.; Zhang, L. Carbohydr. Polym. 2009, 78(3), 596.
[38] Li, T.; Liu, B.; Zhang, H.; Ren, J.; Bai, Z.; Li, X.; Ma, T.; Lu, D. Polymer 2016, 103, 299.
[39] Li, N.; Li, Y.; Wang, X. Macromolecules 2011, 44(21), 8598.
[40] Li, T.; Lu, D. Acta Chim. Sinica 2016, 74, 649(in Chinese). (李涛, 陆丹, 化学学报, 2016, 74, 649.)
[41] Li, X.; Bai, Z.; Liu, B.; Li, T.; Lu, D. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 14443.
[42] Liu, B.; Li, T.; Zhang, H.; Ma, T.; Ren, J.; Liu, B.; Liu, B.; Lin, J.; Yu, M.; Xie, L.; Lu, D. J. Phys. Chem. C 2018, 122(26), 14814.
[43] Bai, Z.; Liu, Y.; Li, T.; Li, X.; Liu, B.; Liu, B.; Lu, D. J. Phys. Chem. C 2016, 120(49), 27820.

聚芴类共轭聚合物(PFs)从溶液到薄膜凝聚态演变过程中的定量构效关系

Quantitative Structure-property Relationship of Polyfluorene Conjugated Polymers Condensed State from Solution to Film

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	贾凌轩, 詹泽庞, 贺紫晗, 狄重安, 朱道本. 面向神经电子接口器件的有机材料进展与展望^★[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1175-1186.
[2]	孙博, 琚雯雯, 王涛, 孙晓军, 赵婷, 卢晓梅, 陆峰, 范曲立. 高分散共轭聚合物-金属有机框架纳米立方体的制备及抗肿瘤应用[J]. 化学学报, 2023, 81(7): 757-762.
[3]	齐子朋, 高冬, 朱志成, 贺志远, 白国英. 聚乙烯醇调控水溶性共轭聚噻吩的光学性质[J]. 化学学报, 2022, 80(7): 921-928.
[4]	王志琴, 项博, 黄晓宇, 陆国林, 冯纯. 磷钨酸对对苯撑乙烯撑寡聚物-b-聚(2-乙烯基吡啶)自晶种行为的影响^※[J]. 化学学报, 2022, 80(3): 297-302.
[5]	刘晔, 袁俊, 邹应萍, 李永舫. 呋喃稠环类共轭有机分子和聚合物研究进展[J]. 化学学报, 2017, 75(3): 257-270.
[6]	刘兴奋, 王亚腾, 黄艳琴, 冯晓苗, 范曲立, 黄维. 基于水溶性共轭聚合物分子刷的高灵敏凝血酶生物传感器[J]. 化学学报, 2016, 74(8): 664-668.
[7]	李涛, 陆丹. 利用指数律了解溶液中复杂高分子单链及聚集态结构的形状特征[J]. 化学学报, 2016, 74(8): 649-656.
[8]	朱昊云, 黄威, 黄宇立, 汪伟志. 硅纳米线和聚3-十二烷基噻吩混合薄膜在场效应晶体管中的应用研究[J]. 化学学报, 2016, 74(5): 429-434.
[9]	姜龙, 程冰川, 李鱼. 多溴二苯醚取代特征对其芳香烃受体结合能力的效应分析[J]. 化学学报, 2014, 72(6): 743-750.
[10]	刘兴奋, 蔡小慧, 黄艳琴, 石琳, 范曲立, 黄维. 生物素功能化水溶性共轭聚合物的合成、表征及其生物分析应用[J]. 化学学报, 2014, 72(4): 440-446.
[11]	鲍碧清, 马明风, 范曲立, 汪联辉, 黄维. 基于荧光共轭聚合物的金属离子传感研究[J]. 化学学报, 2013, 71(10): 1379-1384.
[12]	邓洪平, 王国建, 朱邦尚, 朱利娟, 王大力, 庄园园, 朱新远. 基于共轭高分子复合物能量转移的非标记DNA检测[J]. 化学学报, 2012, 70(24): 2507-2512.
[13]	冯长君. 3-取代硫基-5-(2-羟基苯基)-4H-1,2,4-三唑类化合物抑菌活性的定量构效关系和结构修饰的理论研究[J]. 化学学报, 2012, 70(04): 512-518.
[14]	刘静, 管骁, 彭剑秋. 基于氨基酸描述符SVHEHS的ACE抑制肽QSAR研究[J]. 化学学报, 2012, 70(01): 83-91.
[15]	陈学勇, 韦朝海, 邓秀琼, 夏芳, 于旭彪. 硝基芳烃对梨形四膜虫毒性的定量构效关系解析[J]. 化学学报, 2011, 69(21): 2618-2626.