基于咔唑的共轭聚合物材料的合成及性能研究

由咔唑以及3-噻吩甲酸出发,经过合理的化学修饰,合成了单体4,7-二溴正辛基咔唑M1和单体1,5-二(正三正丁基锡)-4,8-二(正十二烷氧基)苯并[1,2-b∶4,5-b’]二噻吩M2,然后单体M1与单体M2通过Suzuki偶联聚合合成了共轭聚合物P1。并对聚合物P1进行了一系列的结构表征和性能测试,结果表明P1的光学能带隙为1.56eV,电化学能带隙为1.57eV,5%热失重温度分别为314℃,显示出了良好的光学性能、热稳定性和电化学氧化还原性能。     

含EDOTBT结构单元低能隙聚合物的合成及性能

采用Heck反应制备了以3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)为供体,苯并噻二唑(BT)为受体的D-A型单体4,7-二(3,4-乙撑二氧噻吩)-苯并噻二唑(EDOTBT);采用Suzuki反应合成了一种低能隙的共轭聚合物4,7-二(3,4-乙撑二氧噻吩)-苯并噻二唑-芴共聚物(PEDOTBTF6)。通过核磁共振、热失重、凝胶渗透色谱、紫外-可见光光谱、循环伏安等对其进行了分析研究。结果表明,成功合成了单体EDOTBT及共轭聚合物PEDOTBTF6,所得共聚物具有较高的相对分子质量,在有机溶剂中具有较好的溶解性,且具有良好的热稳定性。PEDOTBTF6具有较低的能带隙,其光学带隙宽为1.65eV。通过循环伏安法测得其HOMO和LUMO能级分别为-5.23eV,-3.58eV。由该共聚物制备的聚合物太阳能电池具有良好的光电性能。初步研究表明,当退火温度为160℃,退火时间为20min时,所得到的聚合物太阳能电池的短路电流(Jsc)为1.6mA/cm2;开路电压(Voc)为0.5V;光电转换效率(PCE)为0.21%。     

新型窄带隙聚合物太阳能电池材料的合成及性能研究

为了寻找更优异的太阳能电池材料,通过stille偶联反应以2,2′-联噻吩作为给体单元,以4,7-二(3-己基噻吩-2-基)-5,6-二氟-[2,1,3]苯并噻二唑作为受体单元,合成了一种新型聚合物。通过引入支链和氟原子提高了聚合物的性质。利用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振氢谱仪表征了聚合物的结构,采用热重差热综合热分析仪表征了聚合物的热稳定性,并通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了其光电性能。结果表明,聚合物的热分解温度为366℃,带隙为2.16eV,理论开路电压为1.02V,在聚合物太阳能电池的制备中可将其作为给体材料。     

共轭链含偶氮苯聚噻吩衍生物的合成及光电性能

以对乙酰胺基苯胺为原料合成4,4′-二氨基偶氮苯,进一步经重氮化、Sandmeyer反应得到4,4′-二溴偶氮苯,再经Suzuki偶联反应得到4,4′-二(2-噻吩基)偶氮苯,利用红外光谱(IR)和核磁共振谱对各产物进行了表征。采用FeCl3氧化聚合成得到聚4,4′-二(2-噻吩基)偶氮苯,并测定其UV-Vis吸收光谱、溶液及固体荧光光谱、循环伏安曲线及光致发光光谱,得到该聚合物光学带隙Eg为2.14eV,电化学带隙为2.06 eV,EHOMO为-5.56 eV,ELUMO为-3.50 eV。     

基于咔唑和噻吩的2种聚合物的电化学性能

利用斯蒂尔偶联反应合成了2种基于咔唑和噻吩的有机共轭单体,通过电化学方法聚合成导电聚合物,并对其进行了结构表征和电化学性能研究。核磁共振1H谱和13C谱验证了单体与理论结构一致,红外测试验证了电化学聚合位点为噻吩的α位。在-0.1 V到1.2 V电压范围内,2种聚合物膜都表现出良好的电致变色特性。循环伏安法和热重表明,相比于聚合物P1,共平面性更好的聚合物P2的电化学和热稳定性更优。以上结论表明聚合物P2在电化学领域是一种更有前景的材料,单体结构差异对聚合物性能有很大影响。     

3,3'-二甲氧基联苯醌二亚胺与苯环和噻吩共聚物的金属配合物催化法制备及性质

Ni(Ⅱ)配合物为催化剂,具有给电子基团甲氧基的N,N'-二氯-3,3'-二甲氧基联苯醌二亚胺分别与1,4-二溴苯,2,5-二溴噻吩共聚得到了相应的聚合物:聚(3,3'-二甲氧基联苯醌二亚胺-苯)(聚合物-I)和聚(3,3'-二甲氧基联苯醌二亚胺-噻吩)(聚合物-Ⅱ).单体通过1H-NMR和红外光谱进行了表征.所得聚合物的红外光谱、紫外-可见吸收光谱以及循环伏安特性等性能进行了探讨.结果表明,聚合物-I和聚合物-Ⅱ分别在317、506、329、385、430nm处出现吸收峰.循环伏安图表明所得聚合物有一定的电化学活性.     

3,3′-二甲氧基联苯醌二亚胺与苯环和噻吩共聚物的金属配合物催化法制备及性质

Ni(II)配合物为催化剂,具有给电子基团甲氧基的N,N′-二氯-3,3′-二甲氧基联苯醌二亚胺分别与1,4-二溴苯,2,5-二溴噻吩共聚得到了相应的聚合物:聚(3,3′-二甲氧基联苯醌二亚胺-苯)(聚合物-Ⅰ)和聚(3,3′-二甲氧基联苯醌二亚胺-噻吩)(聚合物-Ⅱ)。单体通过1H-NMR和红外光谱进行了表征。所得聚合物的红外光谱、紫外-可见吸收光谱以及循环伏安特性等性能进行了探讨。结果表明,聚合物-Ⅰ和聚合物-Ⅱ分别在317、506、329、385、430nm处出现吸收峰。循环伏安图表明所得聚合物有一定的电化学活性。     

基于苯并二噻吩单元的窄带系D—A共聚物太阳能电池材料的合成及器件测试

用Stille聚合法合成了基于4,8-二（2,3-二已基噻吩）苯并[1,2-b：4,5-b’]二噻吩（BDTT）和噻吩并[3,4-c]吡咯-4,6-二酮（TPD）单元的窄带系D-A共聚物PBDTT-LTPD-M,其主链内受体单元的密度增加,具有较低的HOMO能级（-5．50eV）。用于聚合物太阳能电池中,使电池的开路电压（Voc）达到0．87V,器件的短路电流（Jsc）为6．07mA／cm^2,填充因子（FF）50．22％,光电转换效率（PCE）为2．67％。     

含四嗪单元的聚对苯撑乙炔类聚合物的合成及性能

通过Sonogashira偶联反应,以二(三苯基膦)二氯化钯作为催化剂,将3,6-二氯-1,2,4,5-四嗪分别与1,4-二乙炔基-2,5-二辛氧基苯和1,4-二乙炔基-2,5-二(十二烷氧基)苯交替共聚合成了主链中含四嗪单元的新型聚对苯撑乙炔类π-共轭聚合物P1、P2。经傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、循环伏安、X射线粉末衍射、热重分析等测试手段对共聚物P1、P2进行了表征。结果表明,所得聚合物P1和P2对常用有机溶剂的溶解性不好。与P2相比,P1有一定的结晶性。P1、P2的紫外-可见最大吸收波长均在450nm处出现。P1与P2在CHCl3溶液中的最大发射峰出现在480nm处。与2-十二烷基-1,2,3-苯并三氮唑聚对苯撑乙炔类聚合物相比,P1、P2具有较高的相对荧光量子效率。循环伏安测试显示聚合物P1、P2均在0~2.0V出现明显的p-掺杂峰。     

主链含柔性亚甲基苯并二噁唑类聚合物的合成及性能研究

设计并合成了一系列含有苯并噁唑环和不同CH2链长的刚、柔间隔聚亚甲基苯并二噁唑（PBOCx）聚合物，并对它们进行了结构表征，同时对聚合物的溶解性能和热性能进行了探讨．研究表明，在主链上引入亚甲基结构可以在一定程度上提高聚合物的溶解性，其中PBOC4显示了良好的溶解性能，但随着亚甲基数目的增加，聚合物的溶解性能有下降趋势；虽然有柔性链段的引入，分解温度降低，但是PBOCx仍具有很高的热分解温度，在450℃以下表现出良好的热稳定性．     

新型三元聚合物给体材料的合成及在有机太阳能电池中的应用

以吡咯并[3,4-c]吡咯二酮(DPP)为A单元,苯并[1,2-b∶4,5-b′]二噻吩(BDT)和萘为D单元,合成了一种新型2D/A型三元共轭聚合物太阳能电池给体材料(PDPP-BDT-NT),通过核磁共振氢谱(1 H NMR)对其结构进行了表征,通过热重分析、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、循环伏安法对其热学性质、光物理性能及能级结构进行了研究。PDPP-BDT-NT具有较好的热稳定性,热分解的温度为401℃,有较宽的吸收光谱,可覆盖300~900nm,最高占据轨道(HOMO)能级为-5.35eV。以聚合物PDPP-BDT-NT为给体材料,PC60BM为受体材料,制备了一系列有机聚合物太阳能电池,在大气质量(AM)为1.5G,功率为100mW·cm-2模拟的太阳光照射下,有机聚合物太阳能电池的光电转化效率(PCE)可达2.09%。甲醇处理后,有机聚合物太阳能电池的PCE可达2.34%。     

可溶性聚噻吩甲烷的制备与光学性能

利用噻吩和对二甲氨基苯甲醛在酸性条件下共聚,制备了一种具有可溶性、分子链部分共轭的聚噻吩甲烷衍生物。采用傅里叶变换红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、热重分析和X射线衍射谱对聚合物的分子结构、光学性能、热稳定性能及聚集态结构进行了表征和分析。由紫外-可见吸收光谱可得,该聚合物的光学禁带宽度为1.3 eV,属于窄带隙聚合物。荧光光谱显示,该聚合物溶液在480 nm可见光的激发下,出现约600 nm的发射光,说明该聚合物为橙黄色的荧光材料。X射线衍射谱中17.3°附近存在1个较为尖锐的衍射峰,表明该聚合物聚集态结构为部分结晶态。     

含烷基噻吩与三嗪π-共轭聚合物的合成及性能

以二价镍配合物(Ni(dppp)Cl2)作为催化剂,2-二异丙基氨基-4,6-二氯均三嗪分别与3-丁基-2,5-二溴噻吩格氏(Grignard)试剂、3-辛基2,5-二溴噻吩格氏试剂、3-十二烷基-2,5-二溴噻吩格氏试剂交替共聚合成了3种含2-二异丙基氨基均三嗪的聚合物P1,P2和P3。并经傅里叶变换红外光谱、氢核磁共振谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、循环伏安、X射线粉末衍射和凝胶渗透色谱等测试手段对其进行了表征,对聚合物P1在CHCl3溶液中的酸致变色行为进行了研究。结果表明,得到的聚合物在甲苯、氯仿、四氢呋喃(THF)等有机溶剂中溶解性好,3种聚合物的紫外-可见最大吸收波长在372 nm处出现,在CHCl3溶液中聚合物P1,P2,P3最大发射峰分别位于478 nm,549 nm和523 nm。聚合物均在-1.8~0 V出现n-掺杂峰。通过X射线衍射测试聚合物均有一定结晶性但结晶性较差。     

接枝己基噻吩共轭分子的电化学聚合和性能表征

利用斯蒂尔偶联反应合成了一种基于苯并硒二唑和己基噻吩的有机共轭单体,通过电化学方法制备导电聚合物,并对其进行了结构表征和电化学性能测试。核磁共振1H谱和13C谱验证单体与理论结构一致,红外结果验证了电化学聚合位点为己基噻吩的α位;循环伏安测试表明聚合物具有良好的电化学活性和稳定性,经过100圈循环扫描后电化学活性仍保持92.3%;光滑、均质连续的表面形貌有利于提高聚合物的电导率和电子传输性能、较高的热稳定性表明其能够应用在光电器件中;在0 V到1.2 V电压范围内,光谱电化学测试中聚合物薄膜颜色从淡蓝色到灰色的转变说明聚合物具有良好的电致变色特性;以上结论表明聚合物在电致变色材料中具有应用前景。     

两种苯并硒二唑类电致变色聚合物的制备和性能研究

利用斯蒂尔偶联反应合成了两种有机共轭单体,通过电化学方法聚合成导电聚合物,并对其进行了结构表征和电化学性能研究。核磁共振1 H谱和13 C谱验证了单体与理论结构一致,红外测试验证了电化学聚合位点为噻吩的α位。在0~1.2V电压范围内,两种聚合物膜都表现出电致变色特性。相比于聚合物P1,结合力更强的聚合物P2的电化学和热稳定性更优。结论表明,苯并硒二唑类聚合物在电致变色领域是一种有前景的材料,单体结构差异对聚合物性能有很大影响。     

可交联的聚3-(4-叠氮基苯甲酰氧基乙基)噻吩的合成及性能

采用FeCl3作为催化剂的氧化偶联聚合法合成了具有交联活性的聚3-(4-叠氮基苯甲氧基乙基)噻吩(P3AET)。用核磁共振、红外光谱、凝胶液相色谱、热重分析、差示扫描量热法、紫外-可见光光谱和循环伏安法表征了聚合物的结构、热稳定性能、交联特性和光电性能。结果表明,P3AET的氯仿溶液的紫外吸收区域为340 nm~550 nm,最大吸收峰在420 nm左右处,聚合物热交联温度约为170℃,电化学禁带宽度约为1.96 eV。P3AET有望作为聚合物太阳能给体材料。     

基于咔唑供体的敏化染料的合成及其光电性质

以咔唑为供体,设计并合成了具有D-A-π-A或D-π-A结构的有机敏化染料2-氰基-3-{5-[7-(9-己基咔唑-3-基)-苯并[1,2,5]噻二唑-4-基]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVBTC)和2-氰基-3-{5-[7-(9-己基咔唑-3-基)]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVHTC)。研究了结构变化对敏化染料的光物理性质、电化学性质和光伏性能的影响。研究表明,在染料CVHTC的D-π-A结构链上插入受体苯并噻二唑单元,得到的具有D-A-π-A结构的染料CVBTC的共轭体系变大,带隙变小,光吸收性能得到明显提升。CVBTC和CVHTC的HOMO能级分别为-5.24和-5.52eV,LUMO能级分别为-3.20和-2.88eV,均能与常见电解质I~-/I_3~-(-4.60eV vs vacuum)以及TiO_2导带能级(-4.40eV vs vacuum)相匹配,都可用作DSSCs的敏化染料。并且与CVHTC相比,具有D-A-π-A结构CVBTC,因苯并噻二唑单元的引入,其光电池的短路电流和光电转换效率均得到明显提升。     

含对苯二甲酸双(对甲氧基苯)酯液晶基元聚噻吩的合成

从设计合成单体噻吩取代对苯二甲酸双(对甲氧基苯)酯入手,以FeCl3为催化剂,CHCl3为溶剂,合成了一种新型以聚噻吩为共轭主链的共轭聚合物.利用核磁共振(1H-NMR),红外光谱(IR)等方法表征了单体和聚合物的结构.利用差示扫描量热仪(DSC)、带热台的偏光显微镜(POM)、紫外光谱(UV)和荧光光谱(PL)研究了聚合物液晶性和光学性能.结果表明,该聚合物为无规聚合物.通过偏光显微镜观察,单体具有向列型液晶态纹影织构,而由于大体积刚性侧基破坏了聚合物的液晶性,聚合物分解温度之前未观察到该聚合物有明显的双折射现象.     

基于噻吩-蒽单元的无规共聚物电化学制备及其电致变色性能研究EI北大核心CSCD

蒽单元嵌入聚噻吩主链能显著调控聚合物的变色性能,但其聚合电位偏高易导致聚合物的成膜质量和性能较差。为降低含蒽单元的单体电聚合电位,通过Stille偶联反应合成了9,10-二(2-噻吩基)蒽单体(Th-An-Th),并分别在BFEE,BFEE+CF_(3)COOH,LiClO_(4)/ACN和LiClO_(4)/PC等聚合媒介中进行电化学聚合。结果表明:Th-An-Th难以通过电化学反应共聚,但可以作为共单体与噻吩(Th),3-甲基噻吩(MeTh),3,4-亚乙基二氧噻吩(EDOT)和硒酸(SePh)在低电位下进行无规共聚,得到系列无规共聚薄膜P1,P2,P3,P4。循环伏安和FTIR测试证实了聚合过程和共聚物的特征结构,光谱电化学测试结果表明,系列共聚物均具有丰富的颜色变换性能,在-0.6 V到1.0 V扫描下,P1,P3,P4膜可实现4种颜色的变化,且表现出良好的近红外变色能力。共聚物薄膜具有较快的开关响应速度和良好的电化学稳定性,P4膜在521 nm处漂白和着色响应时间分别为1.9 s和3.4 s,光学对比度为35.6%,在210次循环变色后,共聚物光学对比度仅损失2.3%,电化学循环400次仍保持82%的电化学活性。     

聚合物光伏电池材料真空极化取向的研究

聚[2-甲氧基5-(2′-乙基己氧基)对苯乙炔](MEH-PPV)和聚3-己基噻吩(P3HT)是典型的共轭聚合物,可以作为新型的光伏电池材料。真空条件下对两种聚合物材料进行极化取向实验,可以增加载流子的迁移能力,提高导电能力,有利于聚合物太阳能薄膜电池性能的改善。