含硫、硒元素的有机光电分子的设计与合成
发布时间:2021-01-25 02:48
利用杂原子调控有机光电材料性能,是设计高性能有机半导体材料的重要手段。大量基于含硫原子杂环的化合物表现出了优异的性能,如:聚噻吩、苯并噻吩类衍生物、稠合噻吩化合物等。硒原子与硫处于同一主族,表现出与硫原子相似的物理及化学性质,但是半径更大,更容易极化,且能容纳更多的电荷注入。此外,含硒元素的有机化合物由于分子间易产生Se-Se相互作用而使固态下分子的排列更加紧密有序,分子间作用力增强,从而有助于载流子的传输。同时Se具有重原子效应,增加了自旋轨道耦合能力,促进系间窜跃(ISC),有利于产生三线态。而且硒吩的氧化还原电位比噻吩更低,可增强材料对氧的稳定性。据此,用硒元素替代硫元素有可能为开发高性能有机光电材料提供新思路。本论文从在有机芳香化合物中引入S,Se杂原子来调控其光电性能入手,设计合成一系列含有杂原子的新型有机稠环分子,通过理论计算与实验相结合,探究它们的光电性质。具体研究工作如下:1.设计并合成了一系列基于噻吩和硒吩的具有强给电子能力的有机共轭稠环化合物CTT、BTT和BTS,并与有机受体分子(TCNB和TCNQ)以1:1比例组装制备有机共晶体。通过理论计算与光谱研究,证实了3...
【文章来源】:兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:80 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
a)硫和硒在元素周期表中的位置;b)分别以“selenopheneandorganicsemiconductor”和“”作为关键词在数据库中检索出每年
硒吩(聚硒吩)具有比噻吩(聚噻吩)更低的带隙,因此,光电器件中硒吩衍生物的光吸收和颜色与噻吩有所不同,能够吸收更广频谱的太阳光且更容易实现热、电场激发[9-11]。同时Se具有重原子效应,增加了自旋轨道耦合能力,促进系间窜跃(ISC),有利于产生三线态。据此,用硒元素替代硫元素将为开发高性能有机光电材料的研究开辟新思路。从图1-1可以看出,基于硒吩衍生物的有机半导体材料逐年增多,但是相比于已被广泛研究的噻吩类有机半导体材料,其发展较为缓慢,主要原因在于硒吩有机共轭分子的合成具有较高的挑战性。图1-2a)寡聚噻吩(10T)(■)和寡聚硒吩(10Se)(○)的10-聚体的键长交替;b)寡聚噻吩(50T)(■)和寡聚硒吩(50Se)(○)的50-聚体的键长交替[12]。图1-2a和1-2b分别为寡聚噻吩(10T/50T)和寡聚硒吩(10Se/50Se)的10/50-聚体的键长交替图[B3LYP泛函/6-31G(d)机组计算]。x轴表示从共轭链的一端开始的C-C键数量,三个连接点的重复集合对应的y值代表硒吩环内C-C键键长,而x轴上第四个点对应于一个环间C-C键键长,这些点仅作为视觉辅助,方便观察C-C键位置而链接,无任何其他意义。10-聚体中10T和10Se的平均环间距离分别为1.442和1.435,50-聚体中50T和50Se的平均环间距离分别为1.440和1.433,寡聚硒吩中的环间键距明显短于寡聚噻吩,而硒吩环内的键长与相应的噻吩环内的键长非常相似。因此,这表明寡聚硒吩比相应的噻吩类似物更容易实现平面化,具有更多的醌式特征,可以实现更好的平面共轭。这会对聚硒吩的带隙产生影响,与文献报道的聚硒吩带隙一般小于聚噻吩相符[12]。1.2.2硒吩衍生物常见的合成方法硒吩作为经典的含硒有机共轭化合物的砌块单元,早在19世纪人们就已经开始了对其合成的研究。硒吩可以通过多种反应合成[13],1885?
的芳族化合物。由于这些氮杂硼烷化合物的合成和提纯都面临巨大的挑战,因此早期的研究工作主要致力于合成方法和化学性质表征[50]。随着氮杂硼烷化学的发展,BN嵌入的芳族化合物在生物医学,配位化学和材料科学中被广泛应用[51-53],这引起了人们对这类分子家族的关注。结合BN单元使PAH具有新的光学和电子特性,其在光电器件中的应用极具发展潜力[54]。然而,嵌入BN的芳族化合物的光电应用研究仍处于起步阶段。BN嵌入芳香族化合物中主要有三种类型的BN杂环,包括基于BN共价键,基于BN配位键和不直接相连的BN取代的分子,见图1-5。图1-5三种类型的氮杂硼烷化合物Pei等人在2013年制备了首个基于BN取代的多环芳族化合物S23的OFET器件,并获得了最高达0.15cm2V-1s-1的空穴迁移率[55]。之后,作者又对烷基侧
本文编号:2998410
【文章来源】:兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:80 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
a)硫和硒在元素周期表中的位置;b)分别以“selenopheneandorganicsemiconductor”和“”作为关键词在数据库中检索出每年
硒吩(聚硒吩)具有比噻吩(聚噻吩)更低的带隙,因此,光电器件中硒吩衍生物的光吸收和颜色与噻吩有所不同,能够吸收更广频谱的太阳光且更容易实现热、电场激发[9-11]。同时Se具有重原子效应,增加了自旋轨道耦合能力,促进系间窜跃(ISC),有利于产生三线态。据此,用硒元素替代硫元素将为开发高性能有机光电材料的研究开辟新思路。从图1-1可以看出,基于硒吩衍生物的有机半导体材料逐年增多,但是相比于已被广泛研究的噻吩类有机半导体材料,其发展较为缓慢,主要原因在于硒吩有机共轭分子的合成具有较高的挑战性。图1-2a)寡聚噻吩(10T)(■)和寡聚硒吩(10Se)(○)的10-聚体的键长交替;b)寡聚噻吩(50T)(■)和寡聚硒吩(50Se)(○)的50-聚体的键长交替[12]。图1-2a和1-2b分别为寡聚噻吩(10T/50T)和寡聚硒吩(10Se/50Se)的10/50-聚体的键长交替图[B3LYP泛函/6-31G(d)机组计算]。x轴表示从共轭链的一端开始的C-C键数量,三个连接点的重复集合对应的y值代表硒吩环内C-C键键长,而x轴上第四个点对应于一个环间C-C键键长,这些点仅作为视觉辅助,方便观察C-C键位置而链接,无任何其他意义。10-聚体中10T和10Se的平均环间距离分别为1.442和1.435,50-聚体中50T和50Se的平均环间距离分别为1.440和1.433,寡聚硒吩中的环间键距明显短于寡聚噻吩,而硒吩环内的键长与相应的噻吩环内的键长非常相似。因此,这表明寡聚硒吩比相应的噻吩类似物更容易实现平面化,具有更多的醌式特征,可以实现更好的平面共轭。这会对聚硒吩的带隙产生影响,与文献报道的聚硒吩带隙一般小于聚噻吩相符[12]。1.2.2硒吩衍生物常见的合成方法硒吩作为经典的含硒有机共轭化合物的砌块单元,早在19世纪人们就已经开始了对其合成的研究。硒吩可以通过多种反应合成[13],1885?
的芳族化合物。由于这些氮杂硼烷化合物的合成和提纯都面临巨大的挑战,因此早期的研究工作主要致力于合成方法和化学性质表征[50]。随着氮杂硼烷化学的发展,BN嵌入的芳族化合物在生物医学,配位化学和材料科学中被广泛应用[51-53],这引起了人们对这类分子家族的关注。结合BN单元使PAH具有新的光学和电子特性,其在光电器件中的应用极具发展潜力[54]。然而,嵌入BN的芳族化合物的光电应用研究仍处于起步阶段。BN嵌入芳香族化合物中主要有三种类型的BN杂环,包括基于BN共价键,基于BN配位键和不直接相连的BN取代的分子,见图1-5。图1-5三种类型的氮杂硼烷化合物Pei等人在2013年制备了首个基于BN取代的多环芳族化合物S23的OFET器件,并获得了最高达0.15cm2V-1s-1的空穴迁移率[55]。之后,作者又对烷基侧
本文编号:2998410
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