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基本信息

項目名稱:
多氮雜環(huán)配體銅(I)配合物發(fā)光材料的合成與性能研究
小類:
能源化工
簡介:
本課題擬利用資源豐富、價格低廉的銅資源,結(jié)合各種優(yōu)化選擇的多氮雜環(huán)配體及有機(jī)膦配體,來開展環(huán)境友好、高效價廉的一價銅配合物發(fā)光材料的設(shè)計合成、發(fā)光性能、發(fā)光機(jī)理、及其器件應(yīng)用研究,為研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、新型高效的銅(I)配合物發(fā)光材料與器件提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
詳細(xì)介紹:
近年來,一價銅配合物因價格低廉、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)多樣、光化學(xué)物理性質(zhì)獨特,及其在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、非線性光學(xué)材料(NLO)、染料敏化太陽能電池等方面的良好應(yīng)用前景,已成為化學(xué)與材料交叉領(lǐng)域的一大研究熱點[1–3]。相對于釕、鋨、銥、鉑、錸等過渡金屬,銅資源具有價格低廉的優(yōu)勢,而且由于我國銅資源的儲量豐富,居世界第三位。因此,開展銅(I)配合物發(fā)光新材料的研究,對于銅資源的綜合開發(fā)和應(yīng)用研究,以及江西省,尤其是贛州市的社會、科技和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。 由于一價銅在空氣中易被氧化,因此我們采用具有一定還原性能的有機(jī)單齒膦配體—三苯基磷(PPh3)來穩(wěn)定一價銅離子,通過選擇合適的氮雜環(huán)配體,設(shè)計合成在空氣中能穩(wěn)定存在的一價銅發(fā)光配合物。使用銅鹵化物(CuBr和CuI)和三苯基膦反應(yīng),合成得到了兩個發(fā)光的二核銅配合物[(PPh3)2Cu(μ-X)2Cu(PPh3)] (X = Br (1); Cl (2))[4]。在此基礎(chǔ)上,通過引入多氮雜環(huán)配體,合成得到了兩個發(fā)光的雙核銅(I)配合物[{Cu(PPh3)X}2{μ-HL}] (HL = 3,5-雙{6-(2,2′-吡啶)吡唑}, X = I (3); Br (4))[5]。用雙(二苯基膦)甲烷替換三苯基膦,與硝酸銅和3,5-雙{6-(2,2′-吡啶)吡唑(HL)進(jìn)行反應(yīng),可合成得到另一個結(jié)構(gòu)新穎且強(qiáng)發(fā)光的雙核銅(I)配合物[{Cu(μ-dppm)}2](μ-HL)](NO3)2 (dppm = 雙(二苯基膦)甲烷}) (5)。應(yīng)用高氯酸銅、三苯基膦和3-(2-聯(lián)嘧啶)-1,2,4-三嗪配體(pmtz),合成得到了一個單核銅(I)配合物[CuI(PPh3)(μ-pmtz)] (pmtz =3-(2-聯(lián)嘧啶)-1,2,4-三嗪) (6) 和一個橋聯(lián)的雙核銅配合物[{Cu(PPh3) 2 }2](μ-pmtz)] (7)。 運用X-射線單晶衍射技術(shù)對配合物1–7的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測定和分析,通過熒光發(fā)射光譜對配合物1–7在常溫固態(tài)下的發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究,并通過熱重分析研究了配合物6和7的熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明:配合物1和2具有較強(qiáng)的固態(tài)綠色熒光發(fā)射,在此基礎(chǔ)上引入多齒氮雜環(huán)配體HL構(gòu)建的銅配合物3和4具有很好的固態(tài)熒光發(fā)射,而應(yīng)用雙(二苯基膦)甲烷,結(jié)合多齒氮雜環(huán)配體HL構(gòu)建了一個強(qiáng)發(fā)光的銅配合物5。而引入配體pmtz構(gòu)建的配合物6和7,由于未參與配位氮原子的電子影響,其在固態(tài)和溶液中無熒光發(fā)射。對配合物1–7的光物理性質(zhì)進(jìn)行了研究,配合物1和2的發(fā)光主要來源于受配位的銅(I)金屬離子干擾的三苯基膦配體的發(fā)光,而配合物3–5的固態(tài)熒光主要是由于配合物中金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移(MLCT)躍遷所致,而配合物6和7無熒光特性可能主要是由于配體pmtz中鄰近螯合配位氮原子的未配位氮原子上孤對電子對熒光發(fā)生了催滅所致。熱重分析表明配合物6和7具有較好的熱穩(wěn)定性。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

(1)有機(jī)配體的設(shè)計和合成; (2)用分子設(shè)計和定向組裝思想,來設(shè)計合成廉價高 效的一價銅配合物發(fā)光材料; (3)測試所制備銅(I)配合物的分子結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能,研究其結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能之間的相互關(guān)系,歸納并總結(jié)其相關(guān)規(guī)律; (4)通過分子結(jié)構(gòu)的修飾改造,開發(fā)出有實際應(yīng)用前景的新型高效價廉的銅(I)配合物發(fā)光新材料。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

(1)包含無機(jī)金屬和有機(jī)配體兩種結(jié)構(gòu)單元的銅(I)配合物發(fā)光新材料,具有無機(jī)物的高穩(wěn)定性和有機(jī)物的良好修飾性; (2)通過對分子結(jié)構(gòu)及取代基的修飾改造,可實現(xiàn)對材料發(fā)光性能及物理性的提高和改善。 (3)銅(I)配合物發(fā)光材料具有純無機(jī)物無法比擬的良好修飾性; (4)充分利用儲量豐富、價格低廉、發(fā)光性能優(yōu)異的銅資源; (5)利用了三重激發(fā)態(tài)發(fā)光,發(fā)光效率可大幅有效提升。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

當(dāng)前使用的金屬配合物發(fā)光材料主要局限于鉑、釕、銥等貴重金屬配合物,而利用儲量豐富及價格低廉的銅資源,來開發(fā)配合物發(fā)光新材料的研究卻相對較少。而且,由于我國銅資源的儲量豐富,居世界第三位,江西省又具有較好的銅資源優(yōu)勢。因此,開展銅配合物發(fā)光材料的研究,有利于銅資源的綜合開發(fā)利用和深加工研究,也可為江西省社會、科技和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文設(shè)計合成了一系列含膦配體的一價銅配合物:[(PPh3)2Cu(μ-X)2 Cu(PPh3)] (X = Br (1); Cl (2)), [{Cu(PPh3)X}2](μ-HL)] (HL = 3,5-雙{6-(2,2′-吡啶)吡唑}, X = I (3); Br (4)), [{Cu(μ-dppm)}2](μ-HL)](NO3)2 (dppm =雙(二苯基膦)甲烷} (5), [CuI(PPh3)(μ-pmtz)] (pmtz = 3-(2-聯(lián)嘧啶)-1,2,4 -三嗪) (6)和[{Cu(PPh3)2}2](μ-pmtz)](7)。運用元素分析、熒光光譜、X-射線單晶衍射、熱重分析等分析手段對銅(I)配合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能研究。結(jié)果表明:銅配合物1?5的固態(tài)在常溫下表現(xiàn)出很好的光致發(fā)光性能。配合物1和2的固態(tài)熒光發(fā)射主要來源于受配位銅(I)金屬離子影響的三苯基膦(PPh3)配體的熒光,而配合物3?5的固態(tài)熒光主要是來自于配合物中金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移(MLCT)躍遷所致。銅配合物6和7在固態(tài)表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞:銅(I)配合物;膦配體;氮配體;光致發(fā)光

獲獎情況

發(fā)表的文章(詳見附件): [1]陳景林, 宋 鵬, 溫和瑞, 等. 雙核銅(I)配合物的合成及其固態(tài)發(fā)光性質(zhì)的研究[J]. 有色金屬科學(xué)與工程, 2010, 1(1): 27–29. [2]Chen Jing-Lin, Wu Bo, et al. “Synthesis and Characterization of mono- and dinuclear copper(I) complexes with 3-(2-pyrimidinyl)-1,2,4-triazine” Transition Metal Chemistry, 2011 DOI: 10.1007/s11243-011-9480-4. (已接收, 出版中) [3]Chen Jing-Lin, Song Peng, Wen H-R, et al. Luminescent homodinuclear copper(I) halide complexes based on the 3,5-bis{6-(2,2′-dipyridyl)}pyrazole ligand [J]. Inorganic Chemistry Communication, 2010, 13(9): 1057–106 0. (SCI 收錄) [4]Jing-Lin Chen, Wei Gu, Bo-Tao Su, et al. “Luminescent triply-bridged dicopper(I) complex possessing 3,5-bis{6-(2,2′-dipyridyl)}pyrazole as a bis-chelating ligand” Journal of Coordination Chemistry 2011 GCOO-2011- 0057.R1 (已接收, 待出版)

鑒定結(jié)果

論文選題具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值、目的明確,主要研究內(nèi)容飽滿。具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性及先進(jìn)性。論文寫作符合規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1]Armaroli N, Accorsi G, Cardinali F, Listorti A. Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds: Copper [J]. Topics in Current Chemistry, 2007, 280: 69–115. [2]Bessho T, Constable E C, Graetzel M, et al. An Element of Surprise―Efficient Copper-Functionalized Dye-Sensitized Solar Cells [J]. Chemical Communications, 2008, 32: 3717–3719. [3]Ford P C, Cariati E, Bourassa J. Photoluminescence Properties of Multinuclear Copper(I) Compounds [J].Chemical Reviews, 1999, 99(12): 3625–3648. [4]陳景林, 宋 鵬, 溫和瑞, 等. 雙核銅(I)配合物的合成及其固態(tài)發(fā)光性質(zhì)的研究[J]. 有色金屬科學(xué)與工程, 2010, 1(1): 27–29. [5]Chen J-L, Song P, Wen H-R, et al. Luminescent homodinuclear copper(I) halide complexes based on the 3,5-bis{6-(2,2′-dipyridyl)}pyrazole ligand [J]. Inorganic Chemistry Communication, 2010, 13(9): 1057–1060.

同類課題研究水平概述

重金屬磷光配合物,由于具有強(qiáng)的自旋–軌道耦合作用,可利用包括單重態(tài)和三重態(tài)在內(nèi)的所有能量形式,發(fā)光效率可大幅提高。目前,發(fā)金屬配合物的中心原子主要集中于第五、六周期,如釕、鋨、銥和鉑。但由于第五、六周期的過渡金屬在地殼中含量稀少,開采困難,而且在大規(guī)模應(yīng)用后可能帶來原材料緊張的問題。此外,這類重金屬化合物通常都有毒性,因此,這類材料的大規(guī)模應(yīng)用又會帶來環(huán)境污染以及給生產(chǎn)及使用者帶來直接毒害。因此科學(xué)家們期待在第五、六周期過渡金屬元素之外能夠找尋到其它可替代的金屬元素。 相較于第五、六周期的貴金屬,第四周期中的金屬銅資源豐富、廉價易得,而且對環(huán)境友好。此外,銅(I)配合物是第四周期過渡金屬配合物中具有室溫可見磷光發(fā)射的配合物,而且與其它d10金屬配合物一樣,易于形成多核結(jié)構(gòu),激發(fā)態(tài)類型多樣,發(fā)光峰位變化可從紫外到近紅外,覆蓋整個可見光區(qū)。上述諸多優(yōu)點使銅(I)配合物在發(fā)光器件、光學(xué)傳感器、非線性光學(xué)材料、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。 目前,國際上有關(guān)課題組對銅(I)發(fā)光配合物的研究非?;钴S,有關(guān)研究正處于高速發(fā)展中。譬如,Strasser等人報道了一個對甲醇和乙腈兩種溶劑具有開關(guān)變色效應(yīng)的銅(I)配合物發(fā)光變色材料,等等。在國內(nèi),香港和臺灣的一些課題組在銅(I)配合物發(fā)光材料方面做了一些原始性和開創(chuàng)性的工作,如香港大學(xué)的任詠華課題組。內(nèi)地課題組在銅(I)發(fā)光配合物分子材料方面也做了許多相關(guān)研究,如吉林大學(xué)馬於光等人將銅(I)磷光配合物用于OLED器件,向人們展示了銅(I)發(fā)光配合物的潛在應(yīng)用;中科院長春應(yīng)化所王利祥課題組在二亞胺/有機(jī)膦混合配體銅(I)磷光配合物的OLED器件領(lǐng)域做了許多非常出色的工作;等等。然而,與歐美日發(fā)達(dá)國家比較,內(nèi)地開展銅(I)配合物發(fā)光材料的研究仍然很少。 本課題擬利用資源豐富、價格低廉的銅資源,結(jié)合各種優(yōu)化選擇的多氮雜環(huán)配體及有機(jī)膦配體,來開展環(huán)境友好、高效價廉的一價銅配合物發(fā)光材料的設(shè)計合成、發(fā)光性能、發(fā)光機(jī)理、及其器件應(yīng)用研究,為研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、新型高效的銅(I)配合物發(fā)光材料與器件提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。 本課題的開展不僅能為新型實用銅(I)配合物發(fā)光材料與器件的開發(fā)提供理論和實驗基礎(chǔ),也能為銅資源的綜合開發(fā)利用及深加工研究提供技術(shù)支持,具有重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
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