新型p-/n-交替3-烷基噻吩共聚物的合成及其光电性质的研究

通过Heck偶合法合成了四种新型p-/n-交替3-烷基噻吩共聚物：聚(2,4-二乙烯基-3-己基噻吩-1,3,4-噁二唑) (P3HT-OXD)、聚(2,4-二乙烯基-3-辛基噻吩-1,3,4-噁二唑) (P3OT-OXD)、聚(2,4-二乙烯基-3-己基噻吩-吡啶) (P3HT-Py)、聚(2,4-二乙烯基-3-辛基噻吩-吡啶) (P3OT-Py)。利用NMR、GPC等方法对结构进行了分析表征。采用循环伏安法、紫外－可见吸收光谱法对该系列共聚物的光电性能进行了研究,结果表明：随着噻吩环3位取代烷基碳链的增长,聚合物电离能（Ip）减小,带隙能（Eg）也随之变窄,其中,P3OT-OXD的Eg比P3HT-OXD小0.11ev,P3OT-Py的Eg比P3HT-Py小0.19eV;而在3-烷基噻吩聚合物主链上引入吸电子能力较强的噁二唑单元,可有效提高共聚物电子亲合能（Ea）,对提高电子传输能力,改善电子与空穴注入平衡有积极作用     

取代基结构对聚[(3-烷基)噻吩-2,5]-取代苯甲烯衍生物三阶非线性光学性能的影响

采用3-烷基噻吩与对硝基苯甲醛和对二甲氨基苯甲醛的聚合反应得到了5种聚(3-烷基)噻吩取代苯甲烯衍生物:聚(3-丁基)噻吩对硝基苯甲烯(PBTNBQ)、聚(3-己基)噻吩对硝基苯甲烯(PHTNBQ)、聚(3-丁基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(PBTDMABQ)、聚(3-己基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(PHTDMABQ)和聚(3-辛基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(POTDMABQ).计算其光学禁带宽度分别为PBTNBQ(1.82eV),PHTNBQ(1.85eV),PBTDMABQ(1.71eV),PHTDMABQ(1.78eV)和POTDMABQ(1.67eV).利用简并四波混频技术测量了5种聚合物薄膜的三阶非线性极化率,分别为1.74×10^-8,1.82×10^-8,5.62×10^-9,8.64×10^-9和1.22×10^-8esu,均具有较大的三阶非线性光学性能.针对取代基结构对聚(3-烷基)噻吩取代苯甲烯衍生物的三阶非线性光学性能的影响从分子内极化程度和主链电子的离域程度两个方面进行了讨论.     

含苯并硒二唑聚咔唑/芴类共轭聚电解质及其前驱体的合成与性能研究

采用Suzuki偶合反应合成了一系列新型的咔唑、芴和2,1,3-苯并硒二唑的共聚物——聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并硒二唑-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PCzN-BSeD)及其相应的聚电解质衍生物——聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并硒二唑-9,9-(双(3′-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴]二溴(PCzNBr-BSeD).在聚咔唑和芴中引入不同比例的2,1,3-苯并硒二唑(BSeD)单元,引起了由咔唑和芴链段向窄带隙苯并硒二唑(BSeD)单元有效的能量转移.通过对聚合物电致发光性能的研究,发现用聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDOT)或聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)/聚乙烯咔唑(PEDOT/PVK)作为空穴传输层时,器件的性能相差不大,表明咔唑的引入较明显的改善了聚合物的空穴注入性能.而且几乎所有的聚合物用高功函数铝作阴极的器件和用钡/铝作阴极的器件具有相近的发光性能,表明这类聚合物具有良好的电子注入性能.     

侧链含金属铱配合物的电磷光白光聚合物

设计了一系列新型芴-咔唑电磷光共轭聚合物.通过共价键将双(2-(9,9-二乙基-9H-芴-2-基)吡啶-N,C2’)合铱(III)(Ir Fpy)接枝到3,6-二溴咔唑的N-烷基侧链,采用Suzuki缩聚反应合成了铱配合物(Ir Fpy)含量分别为0.25 mol%,0.5 mol%和1 mol%的聚合物PF-Ir Fpy.当引入的配合物Ir Fpy含量为1 mol%时,得到的共轭聚合物发射色坐标为(0.44,0.56)的黄光.随着接枝的铱配合物Ir Fpy在共轭聚合物中含量降低,作为主体的聚(9,9-二辛基芴)蓝光发射不能被完全淬灭,得到共聚物同时发射主体蓝光及客体铱配合物黄光的单分子白光共轭聚合物.共聚物发光器件结构为ITO/PEDOT:PSS(50 nm)/polymer+PBD(30 wt%)(80nm)/Ba(4 nm)/Al(150 nm)[氧化铟锡/苯磺酸掺杂聚乙烯基二氧噻吩/聚合物+(2,4-二苯-5-4-叔丁基苯-1,3,4-噁二唑)(w=30%)/钡/铝],基于共聚物PF-Ir Fpy025的器件流明效率为3.97 cd/A,色坐标为(0.34,0.34),非常接近于标准白光发射的色坐标(0.33,0.33).为了研究采用共聚物PF-Ir Fpy025和PF-Ir Fpy05制备的白光器件的光谱稳定性,测试了外加电压在8~13 V范围内的EL光谱,当外加电压从8 V升高到13 V时,两个EL器件都表现出了良好的EL光谱稳定性.研究结果表明,在共轭聚合物侧链上引入螯合金属铱配合物单元是实现高效、稳定的白光电致磷光器件的有效方法之一.     

一维取代聚噻吩的电子性能

报道了3种取代聚噻吩,3-己基聚噻吩(P3HT)、3,4-二戊基聚噻吩(P34PT)、3-辛氧基聚噻吩(P3OOT)的合成方法1、H-NMR测试结果及UV-Vis吸收光谱和荧光光谱分析结果。用密度泛函方法计算了无取代噻吩、3-乙基噻吩、3,4-二乙基噻吩、3-乙氧基噻吩二聚体的电子性能。随聚合度的提高,聚合物能隙变窄。无取代噻吩二聚体的能隙为4.216 eV,重复单元长度为0.392 7 nm;乙基取代噻吩二聚体的能隙为4.733 eV,重复单元长度为0.393 9 nm;乙氧基取代噻吩二聚体的能隙为3.890 eV,重复单元长度为0.390 8 nm;双乙基取代噻吩二聚体的能隙为5.168 eV,重复单元长度为0.392 5 nm。理论变化规律与实验结果基本一致。     

窄能隙共轭聚合物:聚[(3-烷基)噻吩-2,5]-取代苯甲烯衍生物的合成与表征

合成了3-丁基噻吩和3-辛基噻吩,并分别与对硝基苯甲醛和对二甲氨基苯甲醛进行聚合反应得到了具有极低能隙的聚(3-丁基噻吩)对硝基苯甲烯(PBTNBQ)、聚(3-丁基噻吩)对二甲氨基苯甲烯(PBTDMABQ)和聚(3-辛基噻吩)对二甲氨基苯甲烯(POTDMABQ).采用红外光谱、核磁共振氢谱和紫外-可见吸收光谱确认了产物的结构,发现中间产物聚(3-烷基)噻吩取代苯甲烷衍生物中存在部分醌化产物.根据E_g与入射光子能量hν的关系,采用2种模型计算了3种聚合物薄膜的光学禁带宽度为PBTNBQ1.63,1.84eV;PBTDMABQ1.44,1.75eV和POTDMABQ1.32,1.69eV,属窄能隙共轭聚合物.     

一种基于聚噻吩-聚硒吩全共轭嵌段共聚物的合成及性质研究

全共轭刚性-刚性嵌段共聚物兼具嵌段共聚物的微相分离特性和共轭聚合物的光电性能，引起了人们越来越多的关注.基于此，我们利用格氏置换（GRIM）方法合成了全共轭刚性-刚性嵌段共聚物聚（3-己基硒吩）-b-聚（3-（6-羟基）-己基噻吩）（P3HS-b-P3HHT）.通过在噻吩段的烷基侧链末端引入羟基基团来丰富全共轭体系的溶液结构，并利用羟基的热交联特性提高聚噻吩均聚物的薄膜场效应晶体管的热稳定性.一方面，通过溶剂共混（氯仿/吡啶和甲醇/吡啶混合溶剂），调控P3HS-b-P3HHT分子在混合溶剂中的刚性-刚性相互作用，使P3HS-b-P3HHT在混合溶剂中自组装形成不同的纳米结构，如纳米带、纳米纤维和纳米微球等.另一方面，将P3HS-b-P3HHT和聚（3-己基噻吩）（P3HT）共混，利用羟基之间的热交联，使P3HS-b-P3HHT/P3HT共混薄膜在薄膜场效应晶体管中表现出较好的热稳定性.     

新型基于二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈共轭聚合物的设计、合成及光伏性能

设计并合成了两种基于5,6-二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈单元的D-A型共轭聚合物,聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-辛基十二烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT812)和聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-癸基十四烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT1014)作为聚合物太阳电池的给体材料。通过侧链工程,引入了2-辛基十二烷基和2-癸基十四烷基侧链实现对聚合物的溶解性,结晶性以及共混膜形貌的调节。研究结果表明,共轭聚合物DFBT812与PC_(61)BM的共混膜表现出更好的相分离尺度,能够促进载流子的传输和抽取。基于共轭聚合物DFBT812的太阳电池器件取得了0.87 V的开路电压和6.25%的能量转换效率。除此之外,基于DFBT812的聚合物太阳电池器件在活性层厚度为220 nm时仍然表现出6%的能量转换效率。     

还原橙3衍生物及其聚合物光伏性能的研究

还原橙3具有稠环结构, 但是其在许多有机溶剂中的不溶性阻碍其作为光伏材料的使用. 对还原橙3进行修饰得到还原橙3的衍生物4,10-双(4-己基-2-噻吩基)-6,12-双(二氰基亚乙烯基)二氢化蒽并蒽(TCVA), 对TCVA的光电性能进行研究, 结果表明, TCVA在紫外-可见光区有较强的吸收, 循环伏安法表明TCVA的HOMO和LUMO能级分别为-6.04和-4.42 eV, 将其与P3HT共混制备太阳能电池, 其效率为0.3%. 将还原橙3衍生物作为受体单元制备D-A结构的给体聚合物聚4,10-双(4-己基-2-噻吩基)-6,12-双(二氰基亚乙烯基)二氢化蒽并蒽连2,6-双(三甲基锡)-4,4-二(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻咯(PTCVADTS), 该聚合物有非常窄的带隙0.94 eV, 但是由于其LUMO能级较受体材料(6,6)-苯基-C₆₁(₇₁)-丁酸甲酯(PCBM)的LUMO能级小, 阻碍了激子的分离, 使电池器件的效率很低.     

共轭刚性苯并二噁唑类聚合物的合成及其光物理性能研究

设计并合成了一系列共轭高分子———聚亚苯基苯并二唑 (PBO) ,聚亚乙烯基苯并二唑 (PBOV)和聚亚丁二唑 (PBODV) ,并对它们进行了表征 .用紫外吸收光谱和荧光光谱对聚合物的溶液和薄膜进行了详细的研究 ,研究结果表明分子结构中双键的引入可以降低聚合物的光带能隙 ,λmax从PBO溶液的 4 2 8 5nm (Eg=2 76eV) ,到PBOV溶液的 4 80 5nm (Eg=2 4 6eV) ,再到PBODV溶液的 4 96 0nm (Eg=2 38eV) .共轭程度的增加使得聚合物溶液更容易发生集聚从而导致荧光自熄灭 .