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三苯胺树枝状分子和吩噻嗪齐聚物的合成及性质研究

作　者: 李坤鹏
导　师: 田文晶
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 三苯胺树枝状分子太阳能电池吩噻嗪齐聚物聚集诱导发光
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

三苯胺由于具有较好的给电子能力、较低的离子化电位、较高的空穴迁移率、较好的溶解性与成膜性,成为有机光伏材料研究的热点之一。我们通过收敛的合成方法,不需要保护和脱保护,合成了以具有亲电子能力的二苯砜为核,以三苯胺树突为外围的D-π-A-π-D结构的分子(G0, G1和G2),通过红外,元素分析,核磁氢谱,碳谱,以及MALDI-TOF质谱证明化合物的结构。实验发现通过改变分子外围树突基团,可以调节给体部分的给电子能力和体系的共轭长度,进而调节三个树枝状分子的热学性质,光谱性质和电化学性质。为了进一步研究给受体分子的电荷转移性质,以G0为例,对其LUMO和HOMO轨道进行量子化学计算。结果表明,G0分子为非平面结构,LUMO轨道电子云集中在受体基团,而HOMO轨道电子云集中在给体基团,证明了从给体到受体的电荷转移。三个dendrimers都具有好的溶解性(可溶解于二氯,三氯等有机溶剂),通过旋涂的方法制备优质的薄膜。以这三种材料( G0, G1和G2 )为给体,制备了结构为ITO/PEDOT/dendrimers: PCBM / LiF /Al的光伏器件,基于G0, G1和G2分子的电池的能量转换效率分别为0.34%,0.19%和0.06%。吩噻嗪是一类含有富电子的氮和硫原子的芳香杂环化合物,其分子拥有较好的刚性结构和大的π共轭体系,具有很好的空穴传输能力,同时也具有较低的电离势。我们用收敛叠代的方法,通过Wittig、Heck等反应设计并合成了两个含蒽的吩噻嗪共轭齐聚物分子(An-PHZ2和An-PHZ4),通过元素分析,核磁,MALDI-TOF质谱证明化合物的结构。因为这两个分子中的官能团之间是通过双键连接的,所以我们在合成中使用了Heck反应来确保这两个目标分子得到的是全反式的结构。通过红外光谱分析发现这两个分子在960cm-1附近有强的吸收峰,这正是位于反式双键特征吸收的区域,所以可以确定这两个齐聚物分子是全反式的共轭结构。通过考察这两个齐聚物分子的光谱性质,发现它们溶液状态下分子不发光或发微弱的荧光,而在聚集状态(纳米粒子和固体薄膜)下呈现出强的荧光发射,即这两个齐聚物分子具有典型的聚集诱导发光特性。我们还进一步研究了它们在PMMA薄膜和冷冻状态下的光谱性质,在PMMA薄膜中齐聚物分子是分散的,所以这些分子可以看作是单分子状态的,与溶液中的微弱的荧光相比,它们在PMMA薄膜中和冷冻状态下(77K)能发出较强的荧光。这是由于在PMMA薄膜中和低温条件下,扭曲的An-PHZ2和An-PHZ4分子被固定,在光激发条件下,分子处于激发态,分子内非辐射的自由转动难以发生,因此An-PHZ2和An-PHZ4分子表现了很好的发光性质。这说明了AIE特性并不是仅仅来源于分子的聚集,而是由分子本身的特殊结构所引起的。通过对比这两个分子的分子结构和光谱性质,我们发现它们的AIE特性是来自于分子中心的二苯乙烯基蒽单元,这与我们组以往工作所得出的结论相一致。

全文目录

提要  4-8
第1章绪论  8-30
  1.1 引言  8-9
  1.2 单分散齐聚物概述  9-10
  1.3 树枝状大分子简介  10-17
    1.3.1 树枝状大分子的种类  10-13
    1.3.2 树枝状大分子的合成方法  13-14
    1.3.3 树枝状大分子的光电材料  14-17
  1.4 线型共轭齐聚物的简介  17-25
    1.4.1 线型共轭齐聚物的种类  17-19
    1.4.2 线型共轭齐聚物的合成方法  19
    1.4.3 吩噻嗪齐聚物的光电材料  19-25
  1.5 本论文的设计思想  25-27
  参考文献  27-30
第2章含二苯砜的三苯胺树枝状分子的合成与性能研究  30-45
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-36
    2.2.1 试剂和仪器  31-32
    2.2.2 合成路线及操作  32-36
  2.3 结果与讨论  36-43
    2.3.1 红外光谱  36-37
    2.3.2 热学性质  37-38
    2.3.3 紫外-可见吸收光谱  38-39
    2.3.4 电化学性质  39-40
    2.3.5 量子化学计算  40-41
    2.3.6 光伏性能  41-43
  2.4 本章小结  43-44
  参考文献  44-45
第3章含蒽的齐聚吩噻嗪的合成及性质研究  45-66
  3.1 引言  45-48
  3.2 实验部分  48-54
    3.2.1 试剂和仪器  48-49
    3.2.2 合成路线及操作  49-54
  3.3 结果与讨论  54-64
    3.3.1 红外光谱  54-55
    3.3.2 热学性质  55-57
    3.3.3 An体系光谱性质研究  57-64
  3.4 本章小结  64-65
  参考文献  65-66
结论  66-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表文章  69-70
中文摘要  70-72
Abstract  72-74

三苯胺树枝状分子和吩噻嗪齐聚物的合成及性质研究

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