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齐聚噻吩衍生物光电材料的创制及其应用研究

作　者: 陈土华
导　师: 刘平
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 齐聚噻吩衍生物 电致变色 有机光伏电池
分类号: O633.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚合度及聚合位置可以被控制的、具有确定分子量的高纯度齐聚噻吩及其衍生物,不仅是研究聚噻吩的“模型”化合物,而且其自身也是一种具有优异光电性能的π电子系共轭化合物,因此近年来被用作功能性有机材料进行研究。为了研究齐聚噻吩及其衍生物的新性能,开拓其在更广阔领域的应用价值,本文设计合成了一系列齐聚噻吩及其衍生物,分别研究了它们的光电性能,并在此基础上进一步对它们的电致变色性能和光伏性能进行了尝试性的探索和研究。本论文中,所设计、合成的齐聚噻吩及其衍生物是:2,3′:4′,2″-三噻吩(I3T)、5,5″-二氰基-2,3′:4′,2″-三噻吩(I3T-2CN)、5,5″-二氰基-2,2′:5′,2″-三噻吩(3T-2CN)、2,2′:5′,2″:5″,2″′:5″′,2″″-五噻吩(5T)、2,3,4,5-四噻吩基噻吩(XT)、2,5-(5′-氰基噻吩基)-3,4-二噻吩基噻吩(XT-2CN)。用质谱、核磁共振氢谱、红外光谱和高效液相色谱对所合成的齐聚噻吩及其衍生物的结构进行了确认表征。通过紫外-可见光谱和循环伏安,测定和计算了各个化合物的HOMO、LUMO轨道能级和带隙,利用荧光光度计测定了各个化合物的荧光量子效率,最后对它们的光、电性能进行了分析。在有机盐/有机溶剂体系中,对I3T和XT-2CN的电致变色性能进行了研究,结果发现当进行电化学掺杂时,I3T膜的颜色由白色变为天蓝色,XT-2CN膜的颜色由黄色变为黄绿色,且颜色变化都具有可逆性。以ITO玻璃作为基片,分别选用I3T-2CN、3T-2CN、XT-2CN、XT和5T与3,4,9,10-二萘嵌苯四甲酸二酐(PTCDA)及金属铝组装了p-n异质结光伏器件,对器件的光伏性能进行了研究,发现I3T-2CN、3T-2CN、XT-2CN、XT和5T光伏器件的光电转换效率分别为0.19%、2.24%、0.65%、0.58%、2.49%。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 有机半导体材料概述  11-12
  1.2 有机光伏电池  12-17
    1.2.1 有机光伏电池概述  12-13
    1.2.2 聚噻吩应用于有机光伏电池  13-15
    1.2.3 齐聚噻吩应用于有机光伏电池  15-17
  1.3 电致变色  17-22
    1.3.1 电致变色概述  17-18
    1.3.2 聚噻吩应用于电致变色器件  18-20
    1.3.3 齐聚噻吩应用于电致变色器件  20-22
  1.4 本课题的研究意义  22-23
第二章 齐聚噻吩及其衍生物的合成及表征  23-38
  2.1 实验主要原料和仪器  23-24
    2.1.1 主要原料  23-24
    2.1.2 主要实验仪器  24
  2.2 合成及表征  24-37
    2.2.1 I3T 和I3T-2CN 的合成及表征  24-28
    2.2.2 3T-2CN 和5T 的合成及表征  28-32
    2.2.3 XT 和XT-2CN 的合成及表征  32-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章 齐聚噻吩及其衍生物的光电性能  38-48
  3.1 引言  38
  3.2 齐聚噻吩及其衍生物的紫外可见光谱  38-40
    3.2.1 紫外吸收及吸光系数ε的测试  38
    3.2.2 齐聚噻吩衍生物的紫外吸收和吸光系数  38-40
  3.3 齐聚噻吩及其衍生物的电化学性能  40-41
    3.3.1 电化学性能的测试方法  40
    3.3.2 齐聚噻吩及其衍生物的循环伏安曲线  40-41
  3.4 齐聚噻吩及其衍生物的HOMO、LUMO 与能隙  41-43
    3.4.1 HOMO、LUMO 与能隙的确定方法  41-42
    3.4.2 结果与讨论  42-43
  3.5 齐聚噻吩及其衍生物的荧光性能  43-47
    3.5.1 荧光量子效率的测定方法  43-44
    3.5.2 齐聚噻吩及其衍生物的荧光光谱  44-47
    3.5.3 结果与讨论  47
  3.6 本章小结  47-48
第四章 齐聚噻吩及其衍生物的电致变色性能  48-52
  4.1 引言  48
  4.2 电致变色性能测试  48
  4.3 结果与讨论  48-50
    4.3.1 I3T 的电致变色性能  48-49
    4.3.2 XT-2CN 的电致变色性能  49-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章 齐聚噻吩及其衍生物作为有机光伏材料的应用  52-58
  5.1 引言  52
  5.2 有机光伏器件的设计与制备  52
  5.3 有机光伏电池参数及其工作原理模型  52-54
    5.3.1 有机光伏电池参数  52-53
    5.3.2 有机光伏电池工作原理模型  53-54
  5.4 有机光伏器件的性能测试  54-57
    5.4.1 ITO/I3T-2CN/PTCDA/Al 有机光伏器件性能  54
    5.4.2 ITO/3T-2CN/PTCDA/Al 有机光伏器件性能  54-55
    5.4.3 ITO/XT-2CN/PTCDA/Al 有机光伏器件性能  55
    5.4.4 ITO/XT/PTCDA/Al 有机光伏器件性能  55-56
    5.4.5 ITO/5T/PTCDA/Al 有机光伏器件性能  56
    5.4.6 结果与讨论  56-57
  5.5 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
攻读硕士学位期间取得的研究成果  64-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 杂链聚合物 > 杂环链聚合物（链上含有杂环的聚合物）
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