水醇溶性小分子卟啉衍生物的合成及其在聚合物太阳电池中的应用
发布时间：2021-04-16 04:06
设计合成了Por-N,Por-NBr,Por-Cu-N和Por-Cu-NBr四种水醇溶性小分子卟啉衍生物.对这类卟啉小分子衍生物的紫外可见吸收光谱研究表明,基于金属铜配位的卟啉小分子衍生物较未配位化合物有微弱的蓝移.循环伏安法对这类小分子卟啉衍生物的研究表明,基于金属铜配合物的卟啉衍生物的最高占有分子轨道能级均没有明显变化.采用空间电荷限制电流方法对小分子卟啉衍生物的研究表明,基于金属铜配位的卟啉小分子衍生物的电子迁移率得到明显提高.以聚合物PCE10为给体材料,富勒烯衍生物PC71BM为受体材料,以及合成的小分子卟啉衍生物为阴极界面层制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PCE10:PC71BM/卟啉小分子衍生物/Al的聚合物太阳电池器件.器件研究结果表明,化合物Por-NBr,Por-Cu-N与Por-Cu-NBr作为电子传输层的器件的光电转换效率达到9%以上,其中以Por-Cu-N作为阴极界面层的器件达到的最高效率为9.12%,相应器件的短路电流密度,开路电压以及填充因子分别为16.91 m A·cm-2,0.79 V和68.1%.表明这类水醇溶性小分子卟啉衍生物作为聚合物太阳...
【文章来源】：化学学报. 2015,73(11)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
卟啉小分子衍生物的示差扫描热分析曲线
化学学报研究论文1156http://sioc-journal.cn2015ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciencesActaChim.Sinica2015,73,1153—1160图1卟啉小分子衍生物的示差扫描热分析曲线Figure1DSCcharacteristicsofporphyrinderivatives出明显的失重过程,可能是由于在加热升温过程中失去水.合成的目标分子具有良好的热稳定性,有利于获得更好的器件效果及器件寿命.图2卟啉小分子衍生物的热失重曲线Figure2Thermalgravimetriccharacteristicsoftheporphyrinderiva-tives.2.2紫外-可见光吸收性能合成的卟啉小分子衍生物在甲醇溶液(浓度为1×10－3mgmL－1)以及固体膜的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)如图4所示.由图4a可以看出,所合成的卟啉小分子衍生物在甲醇溶液中具有非常类似的吸收特性.在卟啉的侧链引入极性的胺基并未改变其吸收特性,化合物Por-N和Por-NBr的最大吸收峰波长为417nm,而含有金属铜的配位的化合物Por-Cu-N和Por-Cu-NBr的最大吸收峰波长为414nm.与卟啉小分子衍生物在溶液中的吸收相比,其在薄膜状态下的吸收光谱明显宽化,最大吸收峰的半高宽由在溶液中的13nm增加至大约40nm,这种很明显的吸收峰的宽化可能来自于卟啉环在薄膜状态下的堆积,导致分子间相互作用力增加,从而引起吸收峰的明显宽化.此外,所有材料在薄膜状态下的吸收未表现出明显的差别,其最大吸收峰位于431～437nm的范围,说明在卟啉小分子的侧链引入极性的胺基和季铵盐的极性基团并未显著影响材料的吸收特性.图3小分子在甲醇溶液(a)及固体膜(b)中的紫外可见吸收光谱Figure3UV-visabsorptionspectraofcompounds(a)inMeOHsolu-tion(1×10－3mgmL－1)and(b)asthinfilms2.3电化学性能通过循环伏安法(CV)研究合成的卟啉小分子衍生物的电?
峰波长为417nm,而含有金属铜的配位的化合物Por-Cu-N和Por-Cu-NBr的最大吸收峰波长为414nm.与卟啉小分子衍生物在溶液中的吸收相比,其在薄膜状态下的吸收光谱明显宽化,最大吸收峰的半高宽由在溶液中的13nm增加至大约40nm,这种很明显的吸收峰的宽化可能来自于卟啉环在薄膜状态下的堆积,导致分子间相互作用力增加,从而引起吸收峰的明显宽化.此外,所有材料在薄膜状态下的吸收未表现出明显的差别,其最大吸收峰位于431～437nm的范围,说明在卟啉小分子的侧链引入极性的胺基和季铵盐的极性基团并未显著影响材料的吸收特性.图3小分子在甲醇溶液(a)及固体膜(b)中的紫外可见吸收光谱Figure3UV-visabsorptionspectraofcompounds(a)inMeOHsolu-tion(1×10－3mgmL－1)and(b)asthinfilms2.3电化学性能通过循环伏安法(CV)研究合成的卟啉小分子衍生物的电化学性能.采用CHI660A电化学工作站,在氩气保护下,以六氟磷酸四正丁基铵(Bu4NPF6)的0.1molL－1的无水乙腈为溶液,用标准的三电极电化学电池来测定,饱和甘汞电极为参比电极,铂碳电极为工作电极,铂丝为辅助电极.图4所示为经二茂铁(Fc＋/Fc)氧化还原电位校准的小分子卟啉衍生物Por-N和Por-Cu-N的循环伏安曲线.经过多次尝试,未测出侧链含有极性季铵盐基团的卟啉小分子衍生物Por-NBr和Por-Cu-NBr的氧化还原特征信号.考虑到胺基转化为季铵盐基团的离子化过程并未改变分子的共轭结构,因此不会显著影响氧化还原电位.由图5可知,Por-N和Por-Cu-N的起始氧化电位(Eox)分别为0.64和0.62V,而起始还原电位分别为－1.32和－1.35V.相同实验条件下测得二茂铁(Fc＋/Fc)的氧化还原电位为0.38V,根据已知二茂铁(Fc＋/Fc)对应的真空能级为4.80eV,则Por-N和Por-Cu-N的最高
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚合物给体/有机小分子/富勒烯受体的三元共混有机太阳能电池[J]. 程沛,史钦钦,占肖卫. 化学学报. 2015(03)
[2]Realizing over 10% efficiency in polymer solar cell by device optimization[J]. Shaoqing Zhang,Long Ye,Wenchao Zhao,Bei Yang,Qi Wang,Jianhui Hou. Science China Chemistry. 2015(02)
[3]水/醇溶聚合物界面材料在聚合物光电器件中的应用及性能研究[J]. 张凯,管星,黄飞,曹镛. 化学学报. 2012(24)
本文编号：3140706
【文章来源】：化学学报. 2015,73(11)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
卟啉小分子衍生物的示差扫描热分析曲线
化学学报研究论文1156http://sioc-journal.cn2015ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciencesActaChim.Sinica2015,73,1153—1160图1卟啉小分子衍生物的示差扫描热分析曲线Figure1DSCcharacteristicsofporphyrinderivatives出明显的失重过程,可能是由于在加热升温过程中失去水.合成的目标分子具有良好的热稳定性,有利于获得更好的器件效果及器件寿命.图2卟啉小分子衍生物的热失重曲线Figure2Thermalgravimetriccharacteristicsoftheporphyrinderiva-tives.2.2紫外-可见光吸收性能合成的卟啉小分子衍生物在甲醇溶液(浓度为1×10－3mgmL－1)以及固体膜的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)如图4所示.由图4a可以看出,所合成的卟啉小分子衍生物在甲醇溶液中具有非常类似的吸收特性.在卟啉的侧链引入极性的胺基并未改变其吸收特性,化合物Por-N和Por-NBr的最大吸收峰波长为417nm,而含有金属铜的配位的化合物Por-Cu-N和Por-Cu-NBr的最大吸收峰波长为414nm.与卟啉小分子衍生物在溶液中的吸收相比,其在薄膜状态下的吸收光谱明显宽化,最大吸收峰的半高宽由在溶液中的13nm增加至大约40nm,这种很明显的吸收峰的宽化可能来自于卟啉环在薄膜状态下的堆积,导致分子间相互作用力增加,从而引起吸收峰的明显宽化.此外,所有材料在薄膜状态下的吸收未表现出明显的差别,其最大吸收峰位于431～437nm的范围,说明在卟啉小分子的侧链引入极性的胺基和季铵盐的极性基团并未显著影响材料的吸收特性.图3小分子在甲醇溶液(a)及固体膜(b)中的紫外可见吸收光谱Figure3UV-visabsorptionspectraofcompounds(a)inMeOHsolu-tion(1×10－3mgmL－1)and(b)asthinfilms2.3电化学性能通过循环伏安法(CV)研究合成的卟啉小分子衍生物的电?
峰波长为417nm,而含有金属铜的配位的化合物Por-Cu-N和Por-Cu-NBr的最大吸收峰波长为414nm.与卟啉小分子衍生物在溶液中的吸收相比,其在薄膜状态下的吸收光谱明显宽化,最大吸收峰的半高宽由在溶液中的13nm增加至大约40nm,这种很明显的吸收峰的宽化可能来自于卟啉环在薄膜状态下的堆积,导致分子间相互作用力增加,从而引起吸收峰的明显宽化.此外,所有材料在薄膜状态下的吸收未表现出明显的差别,其最大吸收峰位于431～437nm的范围,说明在卟啉小分子的侧链引入极性的胺基和季铵盐的极性基团并未显著影响材料的吸收特性.图3小分子在甲醇溶液(a)及固体膜(b)中的紫外可见吸收光谱Figure3UV-visabsorptionspectraofcompounds(a)inMeOHsolu-tion(1×10－3mgmL－1)and(b)asthinfilms2.3电化学性能通过循环伏安法(CV)研究合成的卟啉小分子衍生物的电化学性能.采用CHI660A电化学工作站,在氩气保护下,以六氟磷酸四正丁基铵(Bu4NPF6)的0.1molL－1的无水乙腈为溶液,用标准的三电极电化学电池来测定,饱和甘汞电极为参比电极,铂碳电极为工作电极,铂丝为辅助电极.图4所示为经二茂铁(Fc＋/Fc)氧化还原电位校准的小分子卟啉衍生物Por-N和Por-Cu-N的循环伏安曲线.经过多次尝试,未测出侧链含有极性季铵盐基团的卟啉小分子衍生物Por-NBr和Por-Cu-NBr的氧化还原特征信号.考虑到胺基转化为季铵盐基团的离子化过程并未改变分子的共轭结构,因此不会显著影响氧化还原电位.由图5可知,Por-N和Por-Cu-N的起始氧化电位(Eox)分别为0.64和0.62V,而起始还原电位分别为－1.32和－1.35V.相同实验条件下测得二茂铁(Fc＋/Fc)的氧化还原电位为0.38V,根据已知二茂铁(Fc＋/Fc)对应的真空能级为4.80eV,则Por-N和Por-Cu-N的最高
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚合物给体/有机小分子/富勒烯受体的三元共混有机太阳能电池[J]. 程沛,史钦钦,占肖卫. 化学学报. 2015(03)
[2]Realizing over 10% efficiency in polymer solar cell by device optimization[J]. Shaoqing Zhang,Long Ye,Wenchao Zhao,Bei Yang,Qi Wang,Jianhui Hou. Science China Chemistry. 2015(02)
[3]水/醇溶聚合物界面材料在聚合物光电器件中的应用及性能研究[J]. 张凯,管星,黄飞,曹镛. 化学学报. 2012(24)
本文编号：3140706
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