含芘类梯型共轭齐聚物和受体型梯型共轭聚合物的设计合成
发布时间：2020-07-25 18:59
【摘要】：梯型共轭聚合物在光电功能材料中已经显示出很多特殊的应用,所以梯型共轭聚合物的设计与合成一直是材料化学领域研究的一个热点。本论文的工作主要是通过设计合成路线,制备一系列具有全共轭结构、大的π共轭平面的梯型齐聚物和梯型聚合物,并对其结构和性能做了详细的表征研究,同时为制备新的全共轭、大的π共轭平面的梯型聚合物的合成提供一定的路线探索,并为其在光电材料领域中的应用提供一定的科学依据。第一、带状齐聚物因其刚性强、共轭性高、结构规整等特点引起了科研工作者的广泛关注。芘是一个典型的具有共轭体系的多环分子,经常作为基础单元去构建更大平面的π-共轭有机光电化合物。本章以2,7-二叔丁基芘为最初原料,通过Suzuki偶联反应和经典的多环芳烃制备法合成了三种带状齐聚物1、2、3,并合成具有较高共轭程度、较大共轭平面的四氯化齐聚物14。通过紫外吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法和热分析法对四种平面梯型齐聚物的光谱性能和热性能进行了表征分析。齐聚物1、2、3、14在紫外区都有吸收峰,且无论在溶液还是薄膜环境中,都能发射出明亮的蓝色荧光。齐聚物1、2、3、14表现出了较好的热稳定性能和良好的溶解性。第二、在梯型共轭聚合物中引入杂环元素进行螯合配位,如N,S,Si,P和B等,可以有效的调节其价电结构和π共轭结构,使其具有独特的光电性能。本章以咔唑类化合物为初始原料,通过Suzuki偶联反应和BN络合分子间成环反应制备出全共轭梯型BN络合杂环聚合物P2及其相应小分子化合物4,其分子内成环效率高。梯型共轭聚合物P2的数均分子量为8.3×10~3 g/mol。梯型化合物4和梯型聚合物P2的最大紫外吸收峰分别为306nm和453 nm,荧光发射峰分别为418 nm和482 nm。梯型共轭聚合物P2和化合物4的HOMO值分别为-5.01 eV和-5.51 eV。梯型共轭聚合物P2具有良好的热稳定性和溶解性。本章节为制备BN络合梯型全共轭聚合物提供科学可行的合成路线,并为其在有机光电方面的应用提供一定的理论数据依据。第三、本章以萘二酰亚胺为受体单元,咔唑为给体单元,交替共聚合成得到一类D-A型聚合物,并通过酸催化分子内关环,制备出梯型全共轭聚合物材料。通过NMR、FTIR、TGA、紫外吸收光谱和循环伏安法对梯型全共轭聚合物材料的结构、光电基本性质和热性能进行了表征分析。梯型共轭聚合物P(NDI-CZL)具有良好的溶解性和良好的热稳定性。梯型聚合物P(NDI-CZL)的数均分子量为18.9×10~3 g/mol。梯型共轭聚合物P(NDI-CZL)的最大紫外吸收波长为525 nm。梯型共轭聚合物P(NDI-CZL)的HOMO值为-5.51 eV。第四、本章以萘二酰亚胺为受体单元,并噻吩为给体单元,交替共聚制备D-A型聚合物,并通过酸催化分子内关环,制备出梯型全共轭聚合物材料。通过NMR、FTIR、TGA、紫外光谱和循环伏安法对梯型全共轭聚合物材料的结构、光电基本性质和热性能进行了表征分析。梯型聚合物P(NDI-TTL)具有良好的溶解性和热稳定性,梯型共轭聚合物P(NDI-TTL)的数均分子量为26.0×10~3 g/mol。梯型聚合物P(NDI-TTL)的最大紫外吸收波长为545 nm。梯型聚合物P(NDI-TTL)的HOMO值为-5.75 eV。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631
【图文】：
性能以及溶解加工性能容易有效的进行调节。，大量的共轭聚合物材料被设计合成应用到光伏器件中光敏活性（BHJ）型太阳能电池是有机光伏研究的重点之一。目前聚合物率较低的原因主要有两点：一是共轭材料的吸收光谱与太阳发射合物材料本身的载流子迁移率较低。因此，制备具有宽而强吸收载流子迁移率的共轭聚合物，才能达到较高光电转换效率的要聚合物给体材料合物给体材料在聚合物光伏材料领域研究较多的是聚噻吩类衍些聚噻吩类共轭聚合物已被用于光伏电池研究。己基取代的聚噻效率聚合物光伏材料，目前已被广泛研究应用，这种材料结构规装性能强和溶解加工性能好。太阳能转换效率经器件经自组装后高。在模拟太阳光下，P3HT 材料基于退火后自组装所制备的太%~5 %。
图 1.19 基于 PDI 为受体单元的 D-A 共聚物NDI 聚合物结构的区域规整度高，有利于提高聚合物的 π 离域程度、π-π 堆积作用和电子传输性。Jenekhe 课题组[110,115-119]合成了 PNDIBS 和 PNDIBT 作为太阳能电池受体材料，开启了全聚合物太阳能电池的蓬勃发展。随后合成了 PNDIT 和 PNDIS-HD 两个新受体聚合物，使光电转化效率成功突破 3.3%。随后众多科研工作者对 NDI 为骨架的聚合物受体材料进行了修饰改性，不断的提高光电转化效率，开始了全聚合物太阳能电池的研究热潮[120-126]。
噻吩类聚合物。1.4 梯型聚合物的研究进展近年来因优异性的光电性能，共轭聚合物备受关注。对共轭聚合物的物理化学性质（光、热、电、磁、电化学等），科研工作者都进行了系统的研究。其中，由于刚性平面主链结构和稳定的光电性质，梯型共轭聚合物格外受到科研工作者的关注[127-132]。由两个及以上的单链相连接生成的结构与梯子相近，具有一维结构有序的“双股”链，被称为梯型聚合物。由于结构具有连续性，梯型聚合物分子链的自由旋转困难，发生扭曲或键的断裂就必须同时断开对应的另一个化学键，这样几率非常低。这使得梯型聚合物具有更高的耐热辐射、化学及力学稳定性；同时分子链内高度有序性的结构，明确了链段的空间或电子的相互作用，展现了清晰稳定的能级，对系统研究能量/电子转移过程具有重要意义[133-135]。大部分的梯型聚合物都具有极高的载流子迁移率。近十几年来，梯型聚合物独特的结构和性质使其在光电材料等领域都得到了广泛的研究[136-140]。
本文编号：2770229
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631
【图文】：
性能以及溶解加工性能容易有效的进行调节。，大量的共轭聚合物材料被设计合成应用到光伏器件中光敏活性（BHJ）型太阳能电池是有机光伏研究的重点之一。目前聚合物率较低的原因主要有两点：一是共轭材料的吸收光谱与太阳发射合物材料本身的载流子迁移率较低。因此，制备具有宽而强吸收载流子迁移率的共轭聚合物，才能达到较高光电转换效率的要聚合物给体材料合物给体材料在聚合物光伏材料领域研究较多的是聚噻吩类衍些聚噻吩类共轭聚合物已被用于光伏电池研究。己基取代的聚噻效率聚合物光伏材料，目前已被广泛研究应用，这种材料结构规装性能强和溶解加工性能好。太阳能转换效率经器件经自组装后高。在模拟太阳光下，P3HT 材料基于退火后自组装所制备的太%~5 %。
图 1.19 基于 PDI 为受体单元的 D-A 共聚物NDI 聚合物结构的区域规整度高，有利于提高聚合物的 π 离域程度、π-π 堆积作用和电子传输性。Jenekhe 课题组[110,115-119]合成了 PNDIBS 和 PNDIBT 作为太阳能电池受体材料，开启了全聚合物太阳能电池的蓬勃发展。随后合成了 PNDIT 和 PNDIS-HD 两个新受体聚合物，使光电转化效率成功突破 3.3%。随后众多科研工作者对 NDI 为骨架的聚合物受体材料进行了修饰改性，不断的提高光电转化效率，开始了全聚合物太阳能电池的研究热潮[120-126]。
噻吩类聚合物。1.4 梯型聚合物的研究进展近年来因优异性的光电性能，共轭聚合物备受关注。对共轭聚合物的物理化学性质（光、热、电、磁、电化学等），科研工作者都进行了系统的研究。其中，由于刚性平面主链结构和稳定的光电性质，梯型共轭聚合物格外受到科研工作者的关注[127-132]。由两个及以上的单链相连接生成的结构与梯子相近，具有一维结构有序的“双股”链，被称为梯型聚合物。由于结构具有连续性，梯型聚合物分子链的自由旋转困难，发生扭曲或键的断裂就必须同时断开对应的另一个化学键，这样几率非常低。这使得梯型聚合物具有更高的耐热辐射、化学及力学稳定性；同时分子链内高度有序性的结构，明确了链段的空间或电子的相互作用，展现了清晰稳定的能级，对系统研究能量/电子转移过程具有重要意义[133-135]。大部分的梯型聚合物都具有极高的载流子迁移率。近十几年来，梯型聚合物独特的结构和性质使其在光电材料等领域都得到了广泛的研究[136-140]。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 Yan-Rong Li;Xing-Zhao Liu;Jun Zhu;Ji-Hua Zhang;Lin-Xuan Qian;Wan-Li Zhang;;Dielectric thin films for GaN-based high-electron-mobility transistors[J];Rare Metals;2015年06期
本文编号：2770229
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2770229.html
教材专著
