西安交大科研人员在含铋紫精领域取得重要进展

有机光电材料因其具有可调的能隙和优异的氧化还原特性,在有机光电器件等领域具有重要的应用价值。作为一类特殊的有机光电材料,紫精类化合物是一种具有优异氧化还原特性的阳离子型有机分子。在施加电压或光照条件下,可经历两步可逆的单电子氧化还原并伴随着明显的颜色变化。同时,紫精类化合物还能有效参与金属离子的配位,因而其在电致变色、主客体识别、超分子自组装、太阳能转换和储能材料等领域都有着极为广泛的应用。然而其共轭程度较低、能隙过大等问题极大地限制了此类材料在太阳能转化和储能相关光电领域中的应用。虽然通过引入P区元素杂原子可以有效降低紫精衍生物的能隙并调控其氧化还原特性,但对分子的三重激发态调控非常有限,这也极大限制了紫精衍生物在磷光光电器件和光催化中的应用。

针对上述问题,西安交通大学前沿院何刚教授课题组首次将铋元素(Bi)引入紫精骨架中,成功制备了含铋紫精衍生物,并将其命名为“Bismoviologens”。得益于这一设计,所制备的含铋紫精具有以下优点:(1)分子具有好的平面刚性结构,从而共轭程度提高,吸收红移,能隙降低;(2)铋原子的重原子效应可以促进分子的系间窜越,进而稳定三重激发态并产生磷光特性,这也使得含铋紫精成为首例具有磷光性质的紫精类衍生物。此外,后续通过电致变色、CV、电化学光谱等一系列测试表明含铋紫精在表现出磷光性质的同时依然保有紫精化合物固有的氧化还原性质。基于这些特性,含铋紫精被成功地应用于电致磷光变色器件和可见光诱导的交叉脱氢偶联反应。这一研究不仅大大拓展了紫精类衍生物的范围,也为此类材料在磷光光电器件和可见光催化领域的应用奠定了坚实的基础。

西安交大科研人员在含铋紫精领域取得重要进展

该研究结果以论文形式发表在国际化学领域权威期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上,该文章也被选为封面文章(Supplementary Cover)。前沿院博士生马文强为本论文第一作者。前沿院马天宇教授、化学学院饶彬研究员、材料学院张明明教授以及何刚教授课题组许乐天、张思坤、李国平共同参与了此项工作。西安交通大学为本文唯一通讯作者单位,这也是何刚教授课题组在含主族元素紫精研究领域又一重要突破。

该研究工作得到了国家自然科学基金、西安交大青年拔尖人才计划、长春应化所高分子物理化学国重室开放基金、唐仲英基金会等项目的资助。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。

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