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PPV衍生物的合成及改性研究

作　者: 王贞
导　师: 王晓刚
学　校: 西安科技大学
专　业: 材料学
关键词: 太阳能电池聚对苯撑乙烯香豆素纳米复合材料聚苯胺
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

PPV太阳能电池以其原料来源广泛、易于制备与纯化、具有柔性、质量轻、可根据需要进行化学修饰等优点已成为未来太阳能电池研究的热点,也是太阳能电池降低成本并最终替代传统能源的希望所在。PPV很有希望成为未来太阳能电池的主导材料,但目前PPV太阳能电池研究处于初期阶段,虽然实验室已制备出了PPV太阳能电池,但其溶解性和太阳光谱匹配问题是PPV作为光伏材料研究的热点,引起了广大研究人员的关注。本文围绕上述两个问题从PPV及其衍生物的合成及改性入手,研究合成工艺条件、改性方法对PPV衍生物的产率、溶解性、太阳光谱吸收的影响。本文采用强碱诱导的去氯缩合法在PPV的2位和5位进行取代,得到了溶解性较好的PDBOPV和PMOBOPV两种衍生物,使PPV类聚合物可直接旋涂成膜,简化了太阳能电池材料的制备工艺;文中采用共聚的方法,首次将4-羟基香豆素接枝到对称和非对称PPV衍生物上,通过UV-Vis表明对光的吸收波长增大,由468nm和475nm红移到487nm和490nm;采用直接共混法开展了PPV与无机半导体材料的复合工艺及复合特性研究,在PPV衍生物中引入无机纳米材料TiO₂和ZnO,比较了纯PDBOPV、PDBOPV/TiO₂和PDBOPV/ZnO的禁带宽度,共混后复合材料的能隙由2.6993降低到2.4893和2.4794,提高了对太阳光的利用率;此外,开展了PPVs/PANI复合材料的制备和性能研究,使用共混的方法首次将采用化学氧化聚合法合成的本征态聚苯胺和PPVs共混,研究结果表明经过共混后PPVs的主要吸收峰峰红移,并在不掺杂的情况下导电率明显提高。本论文以上的研究结果,对PPV类材料的合成和改性以及后续PPV类太阳能电池器件的制备打下了一定基础,希望能为聚合物太阳能电池的发展有所裨益。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 研究的背景  9-10
  1.2 太阳能电池材料的研究进展  10-12
    1.2.1 硅系列太阳能电池  10-11
    1.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池  11
    1.2.3 纳米晶化学太阳能电池  11
    1.2.4 聚合物太阳能电池  11-12
  1.3 聚合物太阳能电池材料的研究进展  12-14
    1.3.1 聚乙炔(polyacetylene,PA)  12
    1.3.2 聚苯胺(polyaniline,PAn)  12-13
    1.3.3 聚噻吩(polythiophene,PTh)  13
    1.3.4 聚吡咯(Polyprrole,PPy)  13-14
    1.3.5 聚对苯撑乙烯(polyphenylene vinylene,PPV)  14
  1.4 PPV的改性研究  14-17
    1.4.1 化学改性方法  15-16
    1.4.2 物理改性  16-17
  1.5 PPV光伏材料存在的问题  17
  1.6 PPV光伏材料的发展前景  17-18
  1.7 本论文的研究内容  18-19
  1.8 技术路线  19-20
2 烷氧基取代PPV衍生物的合成  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 PPV类共轭聚合物的合成进展  20-22
    2.2.1 Wessling前聚物法  20-21
    2.2.2 Witting缩合聚合法  21
    2.2.3 强碱诱导的去卤缩合法  21-22
  2.3 聚对苯乙炔衍生物的合成设计及其性能表征  22-23
    2.3.1 合成路线的选择  22
    2.3.2 非对称烷氧基取代的聚对苯乙炔衍生物合成原理  22-23
    2.3.3 对称烷氧基取代的聚对苯乙炔衍生物合成原理  23
  2.4 实验部分  23-25
    2.4.1 试剂与仪器  23-24
    2.4.2 聚(2-甲氧基-5-丁氧基)对苯乙炔(PMOBOPV)的合成步骤  24-25
    2.4.3 聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔(PDBOPV)的合成  25
  2.5 结果与讨论  25-32
    2.5.1 实验合成过程中影响得率的因素分析  25-28
    2.5.2 薄膜表面形貌  28
    2.5.3 红外结构表征  28-30
    2.5.4 紫外-可见光分析  30-31
    2.5.5 热重分析  31-32
    2.5.6 溶解性实验  32
  2.6 本章小结  32-34
3 香豆素接枝对称和非对称PPV衍生物  34-41
  3.1 引言  34-36
  3.2 合成路线  36
  3.3 合成实验部分  36-38
    3.3.1 试剂和仪器  36-37
    3.3.2 中间体和目标产物的合成  37-38
  3.4 结果与讨论  38-40
    3.4.1 香豆素接枝PDBOPV聚合物的红外谱图  38
    3.4.2 香豆素接枝PMOBOPV和PDBOPV紫外-可见光分析  38-40
    3.4.4 热重分析  40
  3.5 本章小结  40-41
4 PPV与无机半导体材料的复合工艺及复合特性研究  41-55
  4.1 引言  41
  4.2 PPV及其衍生物与无机纳米材料复合的研究进展  41
  4.3 PPV及其衍生物与无机材料复合的制备技术  41-44
    4.3.1 纳米微粒直接分散技术  42
    4.3.2 溶胶-凝胶技术  42-43
    4.3.3 层间嵌插技术  43
    4.3.4 纳米复合膜自组装技术  43
    4.3.5 原位聚合法  43-44
  4.4 设计思路  44
    4.4.1 聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔/TiO_2的工艺路线  44
    4.4.2 聚(2,5-二丁氧基)对苯乙炔/ZnO的工艺路线  44
  4.5 试剂和仪器  44-45
  4.6 纳米粉体的制备及表征  45-47
    4.6.1 TiO_2纳米粉体的制备步骤  45-46
    4.6.2 纳米ZnO的制备步骤  46
    4.6.3 纳米TiO_2和纳米ZnO的形貌分析  46-47
  4.7 PDBOPV/TiO_2和PDBOPV/ZnO复合膜的制备及表征  47-48
    4.7.1 薄膜的制备  47
    4.7.2 薄膜的表面形貌  47-48
    4.7.3 配比不同的PDBOPV/TiO_2纳米复合薄膜SEM照片  48
  4.8 PDBOPV纳米复合材料的制备及表征  48-53
    4.8.1 PDBOPV纳米复合材料的SEM照片  49
    4.8.2 PDBOPV/TiO_2纳米复合材料的表征和禁带宽度的比较  49-53
  4.9 本章小结  53-55
5 PPVs/PANI复合材料的制备和性能研究  55-62
  5.1 引言  55
  5.2 设计思路  55-56
  5.3 实验部分  56-57
    5.3.1 实验装置  56
    5.3.2 主要试剂和仪器  56-57
    5.3.3 合成实验  57
  5.4 结果与讨论  57-61
    5.4.1 中间产物及共混物的红外图谱  57-59
    5.4.2 紫外-可见光分析  59-60
    5.4.3 形貌分析  60
    5.4.4 电导率的测定  60-61
  5.5 本章小结  61-62
6 结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录  68

PPV衍生物的合成及改性研究

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