基于苯并二噻吩的D-A聚合物的合成及性能

发布时间：2017-08-29 00:18

  本文关键词：基于苯并二噻吩的D-A聚合物的合成及性能

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【摘要】：共轭聚合物因其在有机光电材料中的广泛应用而持续受到关注。其中,分子主链中同时包含电子给体(Donor)和电子受体(Acceptor)单元的所谓D-A聚合物往往具有优异的光物理性质以及载流子传输性质,使其在有机发光二极管、太阳能电池材料以及化学/生物传感器等方面的研究成为热点。本论文的研究基于具有高度平面性的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)展开。首先采用与过渡金属具有广泛配位能力的2,2':6',2"-三联吡啶修饰苯并二噻吩,通过与过渡金属配位,自组装形成D-A超分子聚合物。同时,采用苯并二噻吩与高度共轭的强电子受体苯并二吡咯酮(BDP)共聚,获得了两种新型的窄能隙D-A聚合物。对所有合成的单体及聚合物进行了详细的结构表征,并系统研究了其性能。(1)三联吡啶修饰苯并二噻吩D-A分子的合成及性能。采用2,2':6',2"-三联吡啶修饰苯并二噻吩结构,形成含双三联吡啶单元的A-D-A电子结构的分子M1和M2。研究表明,分子的平面共轭程度和分子间的π-π堆积作用会对分子内电荷转移产生很大影响。与M1相比,M2的紫外吸收峰红移了24 nm,达到467 nm,M2荧光发射峰红移了32 nm,达到553 nm。M1与M2电化学能隙分别为1.26 eV和1.49 eV,热分解温度(Td)分别为335℃和430℃。(2)基于苯并二噻吩的D-A超分子聚合物的合成及性能。分别采用烷氧基和噻吩基团修饰苯并二噻吩,形成不同给电子能力及分子构型的单元,后与2,2':6',2"-三联吡啶进行偶联,分别形成A-D-A结构的超分子构筑单元BDT-OR和BDT-Th,最后在Ru2+的诱导下,自组装形成金属-超分子聚合物P-BDT-OR和P-BDT-Th。研究表明,金属-超分子聚合物P-BDT-OR和P-BDT-Th由于存在金属-配体的电荷转移,D-A结构获得了增强,分子内电荷转移能力提高,紫外吸收光谱红移,能隙降低。形成的超分子聚合物P-BDT-OR和P-BDT-Th的紫外-可见吸收峰分别为521 nm和522 nm,电化学能隙分别为1.86 eV和1.78 eV,热分解温度分别为300℃和389℃。(3)苯并二噻吩与苯并二吡咯酮D-A聚合物的合成及性能。以高度共轭的苯并二吡咯酮作为受体单元,分别与烷氧基修饰和噻吩基修饰的苯并二噻吩进行共聚,形成D-A聚合物P1和P2,并对其紫外吸收性能、电化学性能以及热稳定性进行了研究。研究表明,P1和P2的紫外-可见吸收峰分别为619 nm和620 nm,由于共聚后D-A结构的增强,与单体BDP相比发生了明显的红移。电化学能隙分别为1.57 eV和1.51 eV,热分解温度分别为319℃和408℃。
【关键词】：苯并二噻吩 三联吡啶 苯并二吡咯酮 超分子聚合物 D-A聚合物
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 共轭聚合物9-10
• 1.1.1 共轭聚合物的能隙9
• 1.1.2 共轭聚合物的种类和电子结构9-10
• 1.2 D-A聚合物10-12
• 1.2.1 场效应晶体管10-11
• 1.2.2 发光二极管11
• 1.2.3 太阳能电池11-12
• 1.3 超分子聚合物12-13
• 1.3.1 超分子聚合物分类12
• 1.3.2 D-A超分子聚合物12
• 1.3.3 多联吡啶金属-超分子聚合物的研究进展12-13
• 1.4 苯并二噻吩13-18
• 1.4.1 芳环对苯并二噻吩的修饰14-15
• 1.4.2 苯并二噻吩共轭平面的拓展15-16
• 1.4.3 基于苯并二噻吩的D-A共轭小分子材料16-18
• 1.5 苯并二吡咯酮18-21
• 1.5.1 苯环对苯并二吡咯酮的修饰18-19
• 1.5.2 噻吩对苯并二吡咯酮的修饰19-21
• 1.6 本论文的研究意义及思路21-23
• 1.6.1 研究意义21
• 1.6.2 研究思路21-23
• 第二章 三联吡啶修饰苯并二噻吩D-A分子的合成及性能23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-31
• 2.2.1 实验仪器和试剂23-24
• 2.2.2 D-A聚合物的光学能隙与电化学能隙的测定24-25
• 2.2.3 合成25-31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.3.1 合成与结构31-34
• 2.3.2 紫外-可见吸收性能34-36
• 2.3.3 荧光发射性能36-37
• 2.3.4 热稳定性能37-38
• 2.3.5 电化学性能38-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 基于苯并二噻吩的D-A超分子聚合物的合成及性能41-61
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-45
• 3.2.1 实验仪器和试剂41-42
• 3.2.2 给-受体小分子和超分子的合成42-45
• 3.3 结果与讨论45-60
• 3.3.1 合成与结构45-49
• 3.3.2 紫外-可见吸收性能49-54
• 3.3.3 荧光发射性能54-56
• 3.3.4 热稳定性能56-58
• 3.3.5 电化学性能58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 苯并二噻吩与苯并二吡咯酮D-A聚合物合成及性能61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 实验部分61-64
• 4.2.1 实验仪器、试剂和测试方法61-62
• 4.2.2 单体及聚合物的合成62-64
• 4.3 结果与讨论64-70
• 4.3.1 合成与结构64-65
• 4.3.2 聚合物的分子量65
• 4.3.3 聚合物的紫外-可见吸收性能65-68
• 4.3.4 聚合物的电化学性能68-69
• 4.3.5 聚合物的热稳定性能69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77-78

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