基于氰基嘧啶的有机发光材料的设计研究开题报告

有机光电材料（OrganicOptoelectronic Materials)，是具有光子和电子的产生、转换和传输等特性的有机材料。目前，有机光电材料可控的光电性能已应用于有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED)，有机太阳能电池（OrganicPhotovoltage，OPV)，有机场效应晶体管（Organic Field Effect Transistor，OFET)，生物/化学/光传感器，储存器，甚至是有机激光器。和传统的无机导体和半导体不同，有机小分子和聚合物可以由不同的有机和高分子化学方法合成，从而可制备出大量多样的有机半导体材料，这对于提高有机电子器件的性能有十分重要的意义。其中，有机电致发光近十几年来受到了人们极大的关注。

Destriau 于 1936 年首次观察到了电致发光现象，而有机电致发光现象要追溯到 1963 年，Pope 课题组和 Visco 课题组发现在微米厚度的蒽单晶施 加不小于 400V 的直流电压可以观察到蓝光发射。直到 1987 年，美国柯达公 司的邓青云博士等人发明了三明治型有机双层薄膜电致发光器件，利用 8-羟 基喹啉铝作为发光层材料，在电压小于 10V 下器件发光亮度达到 1000cd/m2，外量子效率提高超过 1%，发光效率为 1.51m/W，这掀起了国际上研究学者对有机电致发光材料和器件的研究热潮。Burroughes 等人于 1990 年在 Nature 刊物上发表了关于高分子材料聚对苯撑乙烯(PPV)利用溶液加工的方法制成薄膜，在低电压下发现电致发光现象，制成了 PLEDs，推动了高分子平板显示研发。而基于三明治器件结构的有机发光二极管 OLED 的前景被一致看好，其可用于移动电话，平板显示，光子发射器件等。

如今有机电致发光技术(OLED)在中高端电子产品中的使用已有一定的比例,并且逐年增加。OLED 的大尺寸显示屏逐渐走进了人们的生活,成为一部分高收入家庭提升生活品质的选择。同时白光 OLED 台灯也出现在市面上。但 OLED 市场占有率的进一步提高依然受到其高昂的成本阻碍。所以,降低成本成为了普及OLED 的关键。商业化的 OLED 产品主要采用真空热蒸镀工艺来制备,该技术也是当前用于制备 OLED 最为成熟的工艺。目前产业化的高效发光材料多为含有重金属的磷光材料,但这不仅提高了器件的制作成本,其中的重金属还会污染环境。因此,高效率的热激活延迟荧光(TADF)材料成为了近些年的研究热点。

与传统的磷光材料相比，热激活延迟荧光材料因未使用昂贵的重金属材料，所以成本较低；且因为使用了更加稳定的荧光材料来代替磷光材料,所器件的效率和光谱稳定性都有所提高。并且热激活延迟荧光(Thermallyactivated delayed fluorescence，TADF)材料的三重态激子能够反向系间窜越到单重态能级,发射延迟荧光,在理论上内量子效率可以达到 100%。

如今作为第三代有机电致发光二极管（Organic Light-Emitting Diodes, OLEDs）的核心材料,热激活延迟荧光材料虽然受到了广泛关注。但其在分子结构设计和发光机理等方面的认识仍不够完善,因此还需要做更多的研究。

本课题根据分子设计理论，设计一类氰基嘧啶结构单元的有机光电功能材料。通过量子化学计算对实验的可行性进行具体研究。

具体研究内容如下：

1、 利用现代科技文献的查阅方法和手段，如Internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究光电功能材料的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行综合、分析、研究。在此基础上，设计一类含氰基嘧啶的有机光电功能材料，拟定出具体实验方案，写出开题报告。

2、 查阅文献，设计一类含氰基嘧啶的有机光电功能材料，通过量子化学计算对其进行可行性分析研究，进而培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研能力。

设计分子结构如下：

研究方法：

通过量子化学计算分析分子设计的可行性，主要包括：

1. 用高斯软件通过时间依赖的密度泛函理论，以B3LYP/6-31G为基组计算分子的能级轨道，包括基态和激发态。

2. 从计算的数据中对比分析所设计分子的可行性，找出最优的分子设计。

3. 从量子化学理论角度了解不同分子结构对分子性质的影响。

[1] 卢伶, 张祥, 赵青华. 热激活延迟荧光材料在有机电致发光器件中的研究进展[J]. 材料导报, 2019, 33(15): 2589-2601.

[2] Zheng-Guang Wu, Hua-Bo Han, Zhi-Ping Yan,Xu-Feng Luo, Yi Wang, You-Xuan Zheng, Jing-Lin Zuo, and Yi Pan. ChiralOctahydro-Binaphthol Compound-Based Thermally Activated Delayed FluorescenceMaterials for Circularly Polarized Electroluminescence with Superior EQE of32.6% and Extremely Low Efficiency Roll-Off [J]. Adv. Mater. 2019, 31,1900524.

[3] Zhiyong Yang, ZhuMao, Zongliang Xie, Yi Zhang, Siwei Liu, Juan Zhao, Jiarui Xu, Zhenguo Chiand Matthew P. Aldred. Recent advances in organic thermally activated delayedfluorescence materials [J]. Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 915—1016.

[4] Highly Efficient Deep‐Red Non‐Doped Diodes Based ona T‐Shape Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter[J]. AngewandteChemie International Edition, 2020.

[5] 周涛, 钱越, 王宏健,等. 热活化延迟荧光蓝光小分子取代基效应的研究进展[J]. 化学学报, 2021, 79(5):18.

[6] KenkeraRayappa Naveen,Dr.Keshavananda Prabhu CP,Dr.Ramanaskanda Braveenth,Prof.Jang Hyuk Kwon.MolecularDesign Strategy for Orange Red Thermally Activated Delayed FluorescenceEmitters in Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs)[J]. Chemistry - A European Journal,2022,28(12)

[7] Huang F X ,Li H Z ,Xie F M , et al. Efficient orange-red thermally activated delayedfluorescence material containing a cyano group[J]. Dyes and Pigments, 2021,195:109731-.

[8] Sohn S ,Ha M W ,Park J , et al. High-Efficiency Diphenylpyrimidine Derivatives BlueThermally Activated Delayed Fluorescence Organic Light-Emitting Diodes[J].Frontiers in Chemistry, 2020, 8.

[9] Park I S ,Komiyama H ,Yasuda T . Pyrimidine-based twisteddonor–acceptor delayed fluorescence molecules: a new universal platform forhighly efficient blue electroluminescence[J]. Chemical Science, 2016, 8.

[10] Tang C W, VanSlyke S A, Chen C H. Electroluminescence of doped organicthin films[J]. Journal of Applied Physics, 1989, 65(9): 3610-3616.

[11] 李博文. 基于嘧啶衍生物的热激活延迟荧光材料合成及应用研究[D].哈尔滨工业大学,2020.DOI:10.27061/d.cnki.ghgdu.2020.001678.

（1）2022-2-28~2022-3-06（第1、2周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。

（2）2022-3-07~2022-5-22（第3周到第13周）完成合成实验、结构表征及性能测试。

（3）2022-5-23~2022-6-10（第14到16周）撰写毕业论文并答辩。