摘要：有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛,但由于各类结构缺陷和迁移率较低,不利于载流子的传输.本文基于苯并噻吩设计并研究了一系列新型有机电荷传输纳米分子,利用密度泛函理论研究了分子轨道、电离能、电子亲和势、张力能和重组能等分子结构和电子性质;利用约化密度梯度函数和正规模式(NM)分析方法计算了分子内的弱相互作用和每个振动模式对重组能的贡献.结果表明,苯并噻吩格子化(形成四元格)之后,与其单体相比,分子的电子重组能降低了至少0.394 eV,空穴重组能降低了至少0.056 eV,证明格子化是降低重组能的一种有效策略.

摘要：有机半导体材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机太阳能电池(OSC)等领域应用广泛,但有机半导体材料的迁移率较低,不利于电子传输.本工作基于芴分子设计并计算研究了具有“口”型结构的一类新型网格结构(OF),与普通的大环分子相比,它具有可以横向延伸的几何结构.利用密度泛函理论研究了其分子结构,环张力能和各种电子性质,包括分子轨道、绝热电离势(IPa)、绝热电子亲和势(EAa)、重组能.此外,利用非共价相互作用和Normal Mode(NM)分析方法分别研究了分子内的弱相互作用和每个振动模式对OF重组能的贡献.结果表明OF分子具有非常弱的环张力能(8.20 kJ/mol),比较容易在实验室中合成.通过分子内弱相互作用分析发现,由于cis-OF横梁上的两个芴单元距离较近并且产生了一定的角度,从而产生了π-π相互作用.与Bis-Fl1,Bis-Fl2,Quarter-Fl1和Quarter-Fl2相比,OF分子的IPa降低,EAa提升,证明了格子化效应能提高分子的空穴和电子注入能力.同时,OF具有较低的IPa,是一种非常具有潜力的p型分子材料.另外,当形成口字型芴格时,OF的空穴重组能和电子重组能都有所降低,说明格子化效应是有效降低重组能的一种方式,为未来设计具有优秀电荷传输性质的有机半导体材料提供了一种有效的策略.

摘要：以石墨烯和二硫化钼为代表的二维材料,由于具有良好的电学、热学、光学以及力学性质,近年来成为了科学界一大研究热点.而作为二维材料的分支,二维磁性材料由于具有磁各向异性、单层磁有序等特殊性质,特别是磁性还可借助多种物理场进行调控,使其具有丰富的物理特性和潜在的应用价值,逐渐受到研究者的普遍关注.本文详细总结了二维磁性材料的种类类型、合成方法、基本特性以及表征手段,系统归纳了关于二维磁性材料物性调控方面的研究工作,并对二维磁性材料的未来研究方向和挑战进行简单的展望.

摘要：基于密度泛函理论(DFT)设计了一种新型的由4个咔唑组成的类芴风车格(GZP)的有机半导体材料,研究了其结构特点及热力学和电子性质.结果表明,GZP分为船式和椅式2种构象,且船式构象GZP1(0 k J/mol)比椅式构象GZP2(122.88 k J/mol)稳定;GZP1构象的内孔径为0.298 nm,外孔径为1.079 nm;GZP1的内重组能非常低,空穴和电子重组能分别为0.089和0.106 e V,可作为潜在的电荷传输材料.

摘要：设计合成了三种以(甲氧基)三苯胺为给体(Donor,D),苯环为共轭π桥,羰基(或双氰基乙烯基)为受体(Acceptor,A)的D-π-A-π-D型有机小分子空穴传输材料1-T、1-OT和1-OTCN.对三个化合物的热稳定性、光物理以及电化学性质进行表征,并将它们作为空穴传输材料运用至钙钛矿太阳能电池中,研究其光伏特性.实验结果表明,通过引入具有不同给(吸)电子能力的基团,可对材料的光电性质进行有效调控.基于小分子空穴传输材料1-T、1-OT和1-OTCN的非掺杂反向钙钛矿太阳能电池器件光电转化效率(PCE)分别为13.0%、14.4%以及16.8%.其中,基于甲氧基和双氰基修饰的1-OTCN电池器件,由于空穴传输层与钙钛矿界面发生更有效的电荷跃迁和收集,电荷复合较少,因此器件性能最佳,1-OTCN的疏水性质使得其对应器件效率和水氧稳定性均优于常用空穴传输材料PEDOT:PSS(PCE:13.0%).

摘要：设计合成了具备良好的近红外吸收性能的苝酰亚胺大分子引发剂,并通过原子转移自由基聚合(ATRP)和后修饰方法制备了重复单元分别为一位羟基葡萄糖(1-Glc)和六位羟基葡萄糖(6-Glc)的糖聚合物.该聚合物在水溶液中能形成苝酰亚胺为核,糖聚合物为壳的纳米聚集体.通过动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对聚合物在水溶液中的形貌、大小以及光学性能进行了分析表征,聚合物在650~750 nm有较好的近红外吸收特性;通过光声仪测试了聚合物的光声性能,结果表明苝酰亚胺糖聚合物具有较强的光声信号;为研究葡萄糖异构化对糖聚合物蛋白识别功能的影响,采用多种表征手段如浊度法、动态光散射研究了聚合物和凝集素半刀豆蛋白(concanavalin A,Con A)的结合.发现随着Con A凝集素的加入,PBI-1-Glc溶液的浊度和粒径有着明显的增加,而PBI-6-Glc则几乎没有变化;此外,还利用光声成像技术研究了糖聚合物与Con A之间的相互作用,Con A凝集素可使PBI-1-Glc聚合物的光声信号明显增加,此结果表明光声技术也可以有效地识别2种聚合物与凝集素之间的相互作用.实验结果显示,PBI-1-Glc聚合物与凝集素Con A有强的相互作用,而PBI-6-Glc聚合物则没有,这证实了单糖异构化在影响其与凝集素的特异性识别方面具有一定普适性.

摘要：设计合成了氮杂氟硼二吡咯为侧链的聚异丁烯-alt-马来酸酐,该聚合物可作为光声造影剂,应用于小鼠肿瘤的光声成像.首先通过在氮杂氟硼二吡咯侧链上引入给电子基团烷基链,制备出在780~800 nm有吸收的有机染料,利用聚异丁烯-马来酸酐与羟基的开环反应,将有机染料接枝到聚合物侧链,聚合物在水溶液中形成60 nm的纳米颗粒,纳米颗粒以氮杂氟硼二吡咯染料为核,聚合物为壳.通过动态光散射,透射电子显微镜,紫外-可见光吸收光谱,光热实验等,对纳米颗粒的形貌和光学性质进行表征;研究表明,纳米颗粒不仅具有良好的稳定性,还具备良好的光热性能;体外的MTT细胞实验研究结果表明,这种纳米颗粒具有良好的生物相容性;在800 nm激发下,监测到纳米颗粒具有良好的体外和体内光声信号,表明纳米颗粒具备光声造影剂特性,能够实现活体肿瘤的光声成像.

摘要：共轭多孔聚合物(Conjugate Porous Polymers,CPPs)是一系列由芳香单元通过共轭方式连接的、具有多孔结构的有机聚合物半导体.芳香单体的可设计性赋予CPPs可调的带隙结构和丰富的孔道性质,为能源转换与存储提供了全新的研究平台.本文归纳了CPPs的结构设计策略、合成和孔道结构的调节方法;综述了在微纳孔道的协同效应下,CPPs在高效光催化系统、高密度离子存储的二次电池以及超级电容器中的应用;总结了现有CPPs在能源存储领域性能研究和机理探索中的不足与挑战,展望了CPPs在未来大规模、低成本的清洁能源获取和能源存储发展中广阔的应用前景.

摘要：光声成像技术是采用"光激发声探测图像重建"的方法进行成像的一种新型分子影像技术。作为一种非侵害性的成像技术,光声成像既具备了声学成像技术穿透深度高的特点,也具备了光学成像技术高分辨率和高对比度的特性,克服了传统光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的缺陷。然而目前光声成像技术仍缺乏合适造影剂,严重制约了其应用与拓展,因此设计开发高效的光声造影剂是光声成像技术发挥其巨大潜能的关键。本文综述了五类有机光声造影剂(苝酰亚胺类、花菁类、BODIPY类、卟啉类和聚合物类)的研究进展,着重分析其结构与光学性质相关的构效关系,为有机光声造影剂的设计和开发提供指导,最后对有机光声造影剂存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。

摘要：生理条件下光学性质稳定的双光子荧光染料在生物成像领域具有广阔的应用前景。我们使用2,4-二甲基-6-羟基嘧啶与4-(N,N-二甲氨基)苯甲醛进行缩合反应,设计合成了具有双光子荧光性质的化合物2-[(1E)-2-[4-(二甲氨基)苯基]乙烯基]-6-甲基-4(3H)-嘧啶(NHP)。通过质谱(MS)、核磁共振波谱(NMR)、紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱等技术手段表征了其结构,研究了其光物理性质,以及外部环境改变对其发射光谱的影响。结果表明,化合物NHP的最佳吸收峰位于400 nm,最佳发射峰位于540 nm左右,且荧光发射不受金属离子、氨基酸和pH等环境因素的影响。生物实验结果表明,化合物NHP细胞毒性较小,且具有很好的活细胞和果蝇脑组织成像效果,是一种较为理想的双光子荧光生物成像染料。