POSS聚合物及其新进展

POSS 作为一种特殊的有机/无机杂化纳米构件备受关注。本文总结了近几年有关探索POSS聚合物结构与性能之间关系的研究进展,并重点综述了POSS在有机半导体材料领域的应用。     

视觉感知功能化有机光电器件研究进展

视觉感知是人与自然界最为重要的交互方式之一,提供了人体80%以上的外部环境信息.基于此,视觉仿生成为智能感知材料与器件研究中的前沿方向.过去30年,基于有机半导体的光电传感与感知器件历经多代发展,创新了光刺激(强度、色度等)的高灵敏度和选择性传感检测,并拓展了复杂的类生物视觉信号识别、学习与处理功能,已经成为新兴的跨学科领域.本文从单元光敏感的有机光电器件和多功能集成,介绍面向视觉感知功能化的有机光探测器、有机光电突触和有机适应型器件的构建策略和研究进展,并从柔性矩阵化和功能集成的视觉信号成像、学习与编码概述了新一代有机智能感知电子器件的仿生应用探索.     

基于不同π核扩展方式萘四甲酰基二酰亚胺有机半导体电荷传输性质的理论研究

n型半导体材料在逻辑互补电路中必不可少,但由于多数n型有机半导体材料空气稳定性差、迁移率较低,其发展相对滞后.本文基于几种典型的不同π核扩展的萘四甲酰基二酰亚胺(NDI)有机半导体材料,利用第一性原理计算分析了其电荷传输性质,分别从单分子结构特征、分子间堆积方式以及分子间相互作用等方面阐明不同核心结构对载流子传输性质的影响.结果表明,所研究分子均具有良好的空气稳定性,并表现为电子传输性.其中,长轴π扩展的分子A2具有较高的电子亲和势,其空气稳定性最好.其次,沿长轴/短轴π扩展的NDI有机半导体的重组能均降低,但二者重组能降低的起因明显不同:相比于A1分子,沿短轴π扩展的A2分子在高频区的振动受到有效的抑制,从而重组能大幅下降;而沿长轴π扩展的A3与A4分子则在高低频区的振动均受到抑制,使重组能降低.另外,不同的分子堆积对传输影响较大,发现沿长轴π扩展的A3和A4具有较小的短轴滑移,表现为二维传输材料,二维平均电子迁移率分别约为0.06与0.15 cm²·V^?1·s^?1;沿短轴π扩展的A2分子具有较大的短轴滑移,因此表现为...     

有机半导体-纳米银复合基底的制备及其在表面增强拉曼光谱中的应用

工业染料的大规模生产和广泛应用给地球生态带来了相当大的影响，对水环境污染非常严重，而传统色谱和光谱工具难以检测到微弱的光谱和化学信息，因此开发便携快速的检测技术至关重要。表面增强拉曼光谱(SERS)是一种与纳米技术相结合的新型分析技术，可以实现单分子量级化学物质的检测，但潜力容易受到SERS基底的增强能力、稳定性等普适性问题限制。研究提出了一种简单而通用的策略，制备了一种基于疏水性有机半导体双(二氰基亚甲基)-封端-二噻吩并[2,3-d; 2’,3’-d]苯并[2,1-b; 3,4-b’]-二噻吩(4CN-DTmBDT)薄膜为衬底的新型SERS复合基底。首先通过旋涂法制备有机半导体衬底，该π共轭有机半导体具有分子结构可控、生物相容性、光电特性可微调、成膜形态参数可控等优势，衬底表面具有疏水性使纳米银粒子(AgNPs)在其表面形成紧密咖啡环，制备有机半导体-纳米银SERS复合基底，探究基底拉曼信号的增强效果。同时提出了一种该有机半导体与纳米银粒子的协同增强机制，并对增强能力与增强机理进行了相关研究。结果表明，紧密咖啡环的形成减小了银纳米颗粒之间的空间，检测时通过浓缩分析物，从而增强了热点...     

有机光催化剂用于太阳能水分解：分子水平和聚集体水平改性

利用太阳能光解水产氢是实现氢能开发最绿色且可持续的理想技术。为了提高太阳能的转换效率，设计和发展高效、稳定、宽/全光谱响应光催化产氢体系成为关键研究课题。相比于无机半导体，有机半导体具有丰富的π电子和结构可修饰性，使其光学吸收和能带结构易剪裁，光催化路径多样。但低的介电常数造成其载流子迁移率低及迁移距离短。通过有目的地改变有机分子结构，可以轻松地设计和调控有机半导体的能带位置、增加摩尔吸光系数，改善材料对于整个太阳光谱中可见光或红外光的利用；通过功能分子微纳组装或集成，可进一步获得不同组分、维度(0维、1维、2维、3维)、尺寸、晶体学取向的有机光催化剂。有机微纳/复合结构的优异的比表面积、分子排布结构或能级排列结构可进一步提高太阳能的利用率和光生电荷的传输/分离效率，从而提高整体光电转换效率和产氢效率。然而，由于复杂的反应过程和设计困难，整个有机半导体的光催化物理化学过程仍不清楚。在这里，光催化的基本原理从光捕获、光激发电荷分离、表面反应的角度进行了讨论。随后详细总结了有机半导体纳米结构的制备方法包括超分子自组装、再沉淀法、气相沉积法以及其他方法。描述了典型的有机半导体材料，包括苝二酰...     

“黄-解方法”低成本合成有机半导体明星构筑单元螺芴氧杂蒽

螺芴氧杂蒽(SFX)是有机/高分子半导体材料的明星单元，在构筑发光、电荷传输与俘获材料领域应用广泛。早期SFX母体仅能通过邻卤二芳基法多步合成，2006年，黄维、解令海(黄-解)偶然发现了SFX的一锅法合成工艺，有效解决了非平面有机半导体构筑单元合成步骤复杂的问题，并进一步拓展制备了氮杂芴和含氮的螺环结构，最终形成了螺芴杂蒽类的“黄-解方法”。该方法有着步骤简单、产率高与成本低的优点，被MIT材料合成化学家高度评价和日本科学家以人名称谓，被多个领域的同行普遍采用，工业界凭借黄-解方法的高效性成功实现了SFX的量产。目前，SFX已经替代螺二芴(SBF)被学术界、工业界广泛应用，特别是韩国LG公司将其应用于有机发光二极管(OLED)显示技术。     

利用有机超分子光催化剂在太阳光下处理污水的研究进展（英文）

对水体中酚类等难降解有机污染物进行深度矿化处理,实现无毒无害排放,是提高环境质量,实现可持续发展的关键.如何高效去除水体中难降解有机污染物不仅是环境化学污染控制的研究热点,也是制约工业废水回用的技术瓶颈.光催化可直接利用太阳光实现污染物的深度矿化和无毒无害排放,为该难题的解决提供了新思路.但对传统无机光催化剂而言,光利用率低、降解速率慢和净化通量低制约了其实际应用.本文总结了本课题组在利用有机光催化剂降解污染物时提出的三个策略,以进一步推动光催化污水处理技术的实际应用.针对可见光利用效率低的难题,发展了一系列有机超分子等新型光催化剂.通过对共轭结构(生色基团)和侧链基团(助色基团)的调控,实现了对最高被占分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能级位置以及吸光能力的调控,有机半导体光催化剂的降解催化活性可拓展到近红外段,实现了污染物在太阳光下的降解和深度矿化.光生空穴可将酚类和抗生素等难降解污染物完全矿化成CO₂和水,建立了可见光下有机半导体光催化剂深度矿化净化水中难降解有机污染物的新方法.通过构建分子内供体受体(DA)结构和分子间供体-受体(D-A)界...     

基于有机复合材料的近红外和短波红外光探测器

近红外及短波红外光探测器在热成像、夜视、农业视察、生物识别传感和遥感等相关领域具有重要的应用。然而目前大多数商用的红外光探测器需要额外的制冷设备辅助，并且器件不可弯折，很大程度上限制了它的应用。为了解决这些问题，近年来涌现了越来越多有关有机半导体的研究。有机半导体不仅具有可精细调控的带隙、高的吸光系数和机械柔性等优点，并且能够通过“卷对卷”工艺实现大面积制备并与柔性基底兼容。基于有机半导体的红外光探测器无需额外的制冷设备且具有无机红外光探测器所不具备的诸多特点，因而很有希望用于发展下一代红外光探测技术。本综述首先介绍了有机近红外及短波红外光探测光电晶体管、光电二极管器的基本原理，其次介绍了近年来兴起的有机半导体复合材料及其新颖的器件结构，接着总结了有机红外光探测器在电子眼、人工突触、以及可穿戴实时健康监测等应用的最新进展。最后，讨论了这一领域存在的挑战并对其未来发展进行了展望，以期促进该领域的进一步发展。