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苝酰亚胺类材料因其多方面的优势,成为OSC领域电子受体材料的新的研究热点。但基于PDI的BHJ太阳能电池的光电转化效率并不太理想,其主要原因之一是PDI由于其刚性的分子构型易形成大面积的结晶[49]。为解决PDI在电池活性层中大面积聚集,通常使用如下三个策略创建扭曲结构:（1）在酰亚胺位置和邻位或港湾位引入大的基团开发单体PDI;（2）在邻位或港湾位置通过芳香基团偶联两个或多个PDI单元;（3）利用不同的3D中心核设计具有三维（3D）分子构型的扭曲PDI。此外,也应该考虑分子整体的π-π共轭作用。总而言之,研发苝酰亚胺类受体材料应从以下几点出发:（i）非平面的适当扭曲的空间结构,以降低PDI分子的聚集程度;（ii）窄带隙的分子,较大的摩尔消光系数和较宽的光谱吸收;（iii）较高的LUMO能级;（iv）高效的激子解离和扩散过程,获得更高的短路电流。基于以上策略,本文设计合成了一系列苝酰亚胺衍生物,并对它们的光电性质进行了研究。1、设计合成了噻吩偶联及闭环的PDI二倍体2PDI-Th和fused-2PDI-Th,并研究了它们的激发态和动力学性质。2PDI-Th和fused-2PDI-Th均具有很强的可见光吸收,最大摩尔消光系数分别为61000和68000 L·mol-1cm-1;荧光方面,2PDI-Th的荧光量子产率只有0.02,而fused-2PDI-Th的是0.17,且2PDI-Th的荧光光谱表明其形成了受激准分子。荧光寿命测试表明2PDI-Th的荧光寿命为840 ps,fused-2PDI-Th的荧光寿命是3.3 ns。它们的飞秒瞬态光谱证明2PDI-Th确实形成了受激准分子态,继而跃迁到三重态。而fused-2PDI-Th则直接经由单重态系间穿越到了三重态。纳秒瞬态光谱得出了2PDI-Th和fused-2PDI-Th的三重态寿命分别是22和68μs。以上结果表明,二者的激发态性质存在显著差别。2、设计合成了二聚体S-Th-2PDI和fused-S-Th-2PDI。从吸收光谱中可以得出,fused-S-Th-2PDI具有更宽的光吸收范围,S-Th-2PDI具有更高的光吸收强度。在电化学分析中,S-Th-2PDI有两个还原峰,fused-S-Th-2PDI具有四个还原峰,说明二者都具有较强电子亲核势,但fused-S-Th-2PDI有更强的电子接受能力。3、设计合成了分子内环化的PDI四聚体fused-ob-Th-4PDI。从吸收光谱中可以得出,fused-ob-Th-4PDI具有很宽的光吸收范围和较高的光吸收强度。从荧光光谱中可以看出,峰形变宽且发生了一定的红移,其荧光量子产率只有极低的0.01,说明荧光被大幅猝灭。在电化学分析中,fused-ob-Th-4PDI有五个可逆的还原波,有着非常强的接受电子的能力。计算得出fused-ob-Th-4PDI的LUMO值为-3.75 eV,HOMO值为-5.98 eV。