新型有机电子受体氟代苝酰亚胺的合成与表征

设计和合成了一种新型有机电子受体N,N′-二(五氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(DFPP),利用傅里叶红外光谱和核磁共振谱等方法表征了DFPP的分子结构,用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法和电子自旋共振谱等手段证明了DFPP中极低的最低未占有轨道(LUMO)能级为-4.37eV.另外,还发现了DFPP薄膜的独特聚集态结构,五氟代苯基正好处于相邻分子苝环的正上方或正下方.     

氟代位置对苝酰亚胺聚集态结构和电子传输性能的影响

合成了三种新型的有机电子受体: N,N'-二(2-氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(D2MFPP)、N,N'-二(3-氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(D3MFPP)和N,N'-二(4-氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(D4MFPP). 利用元素分析、傅立叶变换红外(FTIR)等方法表征了它们的分子结构, 用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)等手段研究了氟代位置对苝酰亚胺薄膜聚集态结构的影响, 发现氟代使苝酰亚胺的聚集态发生变化, 且不同位置的氟代对其影响也不一样. 除了分子结构的影响, 外场条件也会产生很大的作用. 通过制备场效应晶体管研究了其电子传输性能, 发现氟代后器件的空气稳定性有明显提高.     

不同氟取代基对苝酰亚胺电子迁移率的影响

利用空间电荷限制电流(SCLC)法测试了二种氟代苝酰亚胺的电子迁移率, 一种是N,N'-二(五氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(1), 另一种是N,N'-二(1,1-二氢十五氟代辛基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺(2). 结果发现, 化合物2的电子迁移率要比1高1～2个数量级. UV-Vis, XRD, SEM和AFM等表征手段证明, 这一现象可以用不同的氟取代基导致不同的聚集态结构来解释: 对于化合物1而言, 苯环平面与苝环平面之间存在大的夹角, 破坏了苝酰亚胺分子的平面性, 再加上刚性的氟代苯环大的空间位阻作用, 化合物1分子无法依靠相邻苝环之间的重叠排列而结晶, 只能无序堆积形成非晶膜; 与之相反, 在化合物2分子中苝环上的端基是柔性的锯齿状氟代烷基链, 空间位阻小, 化合物2分子能通过相邻苝环之间相互接近而形成的π-π偶合作用而结晶, 因此有利于电子在苝酰亚胺分子间的跳跃传输.     

取代基对苝酰亚胺衍生物气敏传感性能的影响

制备了两类酰胺位置含有吸电子基团的苝酰亚胺衍生物N,N′-双(三氟乙基)-1,7-二溴-3,4,9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-3F)和N,N′-双(七氟丁基)-1,7-二溴-3,4,9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-7F),并测定了其气敏传感性能.结果表明,两类苝酰亚胺衍生物在水合肼气氛中(10ppm)的灵敏度变化值基本相同、电阻均降低约4个数量级.其原因在于两者具有相同的最低空轨道能级.这表明酰胺位取代基对苝酰亚胺衍生物气敏传感性能的影响较小.     

苝酰亚胺和大环化合物的超分子组装(英文)

苝酰亚胺及其衍生物是一类具有良好的π…π堆积能力和优良的光电性能的n型半导体材料,通过该类化合物与大环化合物构筑纳米超分子组装体是近年来化学、材料科学和纳米科学等领域备受关注的研究之一。本文主要论述了近年来以共价或非共价的方法将超分子大环化合物引入到苝酰亚胺体系构筑出各种纳米功能超分子组装体的研究进展,可以认为超分子大环化合物与苝酰亚胺的组装不仅可以调节苝酰亚胺的光物理行为,而且还可以赋予超分子组装体很多新颖的物理化学特性,使其在传感材料和光电器件等方面展现出很大的潜在应用价值。这些研究极大地拓展了构筑新颖苝酰亚胺纳米超分子组装体的方法。我们相信本文对于进一步构筑具有特定结构和功能的苝酰亚胺-大环化合物超分子组装体将起到积极的促进作用。     

基于双噻吩酰亚胺聚合物给体的侧链调控与光伏性能研究（英文）

采用苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元,分别与具有2-乙基己基和甲基侧链的双噻吩酰亚胺(BTI)缺电子单元共聚构筑了两个聚合物给体材料(pBDT-BTI-EH和pBDT-BTI-ME).与pBDT-BTI-EH∶Y6相比,基于p BDT-BTI-ME∶Y6的器件具有更高的电荷迁移率、更低的载流子复合、更高的激子解离以及更优的薄膜形貌,从而获得了更高的短路电流密度(J_SC)和填充因子(FF),电池的能量转换效率由9.31%提高到15.69%.     

N,N＇-二（2-吡啶基）-1,6,7,12-四（4-叔丁基苯氧基）-3,4：9,10-苝酰亚胺的合成、表征及性能研究

优化了N,N＇-二（2-吡啶基）-1,6,7,12-四（4-叔丁基苯氧基）-3,4：9,10-苝酰亚胺的合成方法,得到一种简单有效的在苝酰亚胺的酰胺和bay位置同时取代的方法.对其结构进行了表征,研究了其溶液态和薄膜态的光学性质和电化学性质.并且对其能级结构和电荷分布进行了分子模拟。     

面向神经形态显示的有机电子材料与器件

数字化时代,高度信息化已成为日常生活的常态.显示技术在人机交互中扮演着至关重要的角色.然而,传统的智能显示技术逐渐难以适应日益复杂的人机交互环境.在这一背景下,神经形态技术作为一种新兴的前沿技术,弥补了现有显示技术的不足之处.通过将神经形态技术与传统显示技术有机结合,可以充分发挥其在传感、驱动和显示方面的巨大优势.有机电子器件具有低制备成本、材料多样性等优势,能赋予基于其构建的神经形态器件丰富的功能性.因此,神经形态显示有望成为有机电子学未来在显示技术发展的重要方向之一,可以为日益复杂的人机交互环境提供更出色的解决方案.本综述全面总结了有机神经形态技术在显示技术中的最新进展,归纳了其在神经形态显示中的3个重要发展方向,并探讨了其最先进的设计和未来可能的发展.     

半晶性有机半导体薄膜形态结构及对有机发光器件老化的影响

以NPB（N,N’-二苯基-N,N’-二（1-萘基）-1,1’-联苯-4,4’-二胺）为例,简要综述了本课题组近年来在发光有机半导体薄膜形态结构方面的研究进展．通过差热分析、偏光显微镜、透射电子显微镜、电子衍射、原子力显微镜表征,确认NPB是一类本征半晶性材料．一般的OLED器件采用的是非晶的NPB薄膜．基于等温结晶和表面诱导结晶实验确认,OLED器件可能存在两种热力学老化机制．对于采用非晶衬底的OLED器件,当NPB薄膜厚度小于临界厚度时器件可以稳定工作;对于采用多晶缓冲层衬底的OLED器件,由于表面诱导NPB结晶不存在临界厚度限制,器件容易结晶老化．     

纳米级包覆层厚度对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子寿命的影响

选取氧化钐作为包覆材料, 采用浸渍法对已烧结好的纳米TiO₂多孔薄膜电极进行修饰, 并将其应用于染料敏化太阳电池中, 研究了纳米级氧化钐包覆层厚度及均匀性对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子复合过程的影响和作用机制. 结果表明, 包覆层厚度对电子注入效率和电子复合具有明显影响, 且电子注入效率和电子寿命随包覆层厚度的增加而呈现相反的变化趋势, 包覆层厚度在0.4 nm以内, 电池性能最好.     

不同受体结构染料共敏化对染料敏化太阳电池性能的影响（英文）

为了拓宽染料敏化太阳电池对太阳光谱的响应范围,提高电池的光电转换效率,将两种含有不同受体结构(绕丹宁-3-乙酸基(RA)和氰基丙烯酸基(CA))的三苯胺染料(TR1和TC1)进行共敏化。TR1染料平伏吸附在TiO_2表面,而TC1染料直立吸附在TiO_2表面。将两种染料按照不同摩尔比共敏化TiO_2后,TC1占据TR1的部分位置,拓展光谱的同时也抑制了电荷复合,电子寿命较TR1敏化的太阳电池长。在TR1与TC1摩尔比为5∶5的共敏剂溶液敏化的共敏电池器件中,短路光电流密度(J_(sc))为11.7 mA/cm~2,开路电压(V_(oc))为704 mV,填充因子(FF)为0.73,光电转换效率(η)为6.03%。该结果明显优于单一染料敏化的电池器件。     

取代基效应对对称共价有机框架光催化性质的影响（英文）

对称共价有机框架(COF)光催化剂通常存在电荷分离效率低和光激发态寿命短的问题.通过密度泛函理论和含时密度泛函理论计算,本文发现了用一个或两个取代基(N或NH₂)在具有代表性的对称共价有机框架(No-COF)的连接单元内进行部分取代可得到具有电荷分离特征的共价有机框架(N₁-COF、N₂-COF、(NH₂)₁-N₀-COF和(NH₂)₂-N₀-COF).此外,还发现N₀-COF的最高占据晶体轨道和最低未占据晶体轨道的能级位置可通过取代远离或靠近真空能级,这取决于取代基的吸电子或给电子特性.因此,本文提出了通过精心选择具有吸电子或给电子效应的取代基,并在对称共价有机框架的连接单元内进行部分取代,所获得的共价有机框架可具有高效的电荷分离以及驱动特定光催化反应的合适最高占据晶体轨道和最低未占据晶体轨道能级位置.该规则可用于进一步提升许多具有对称性的共价有机框架的光催化性能.     

4-咔唑基-N-（3,′4′-二甲苯基）-1,8-萘二甲酰亚胺作为电子传输材料的实验和理论研究（英文）

通过乌尔曼偶联反应合成了一种新颖的萘胺-咔唑分子,4-咔唑基-N-（3,′4′-二甲苯基）-1,8-萘二甲酰亚胺（CNP）.运用量子化学中的密度泛函理论（TD-DFT）,在B3LYP/6-31（d）水平上对化合物在阴离子、阳离子、中性状态下进行了结构全优化,得到了化合物的总能量、HOMO能级、LUMO能级、电离能和电子亲合势.理论计算了化合物的紫外吸收光谱和红外光谱.紫外吸收光谱、红外光谱、HOMO能级和LUMO能级数值与实验值高度一致.在理论上分析了化合物作为电致发光材料的可能性,化合物CNP是一种很好的电子传输材料.     

苝二酰亚胺:有机膦盐基双组份共混电子传输层及其开路电压接近1.0 V的非富勒烯聚合物太阳电池（英文）

有机太阳电池的电子传输层(cathode interlayer,CIF)要求具备多种性质以利于实现高性能的电子传输与收集,这些性质包括可以与活性层形成优异的欧姆接触、高电子传输能力、低密度缺陷、高空穴阻挡能力等,而使用合适的双组份共混电子传输层可能更好地实现这些功能。本文中,我们选取苝二酰亚胺和四苯基溴化膦(PDINO:TPhPBr)来制备双组份共混的小分子CIF,并选取PBDB-T:IDTBR制备活性层。受体IDTBR的高分子空轨道(LIMO)能级、给体PBDB-T的低最高占据轨道(HOMO)能级以及小的给受体间的HOMO-HOMO能级差有利于得到高的开路电压(Voc),更主要的是,与单组份CIF相比,PDINO:TPhPBr所具有的更优异的性能使得所制备的非富勒烯聚合物太阳能电池具有更高的Voc、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)。最终,得到了8.27%的光电转换效率和1.0 V的Voc。这些结果说明了苝二酰亚胺和膦盐基双组份共混小分子CIF在提升电池性能方面所具备的巨大潜能。     

染料敏化太阳电池中双层结构TiO2薄膜空间的电子分布与接触界面转移过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了双层结构TiO2薄膜的电子积累和与电解液接触界面的电子转移过程. 通过制备纳米颗粒单层和纳米颗粒/亚微米颗粒双层2种不同微结构的TiO2薄膜电极, 对其电容分布、 局域态密度、 薄膜内部电子传输和固/液界面电子转移过程进行了研究. 分析了纳米颗粒/亚微米颗粒双层结构电极对染料敏化太阳电池(DSC)性能的影响. 结果表明, 一定数量的电子会积累在亚微米颗粒层中引起薄膜电极化学电容的增加. 在纳米颗粒层上端覆盖亚微米颗粒后降低了界面复合电阻, 但对薄膜电极的传输性能影响较小. 因此在筛选和制备DSC散射层材料时除应具有良好的光散射性能外, 还应考虑材料的化学电容和界面转移电阻等因素.     

溶剂对镍（域）金属有机骨架结构的影响

通过乙酸镍和4-咪唑-1-基-苯甲酸( HL)在不同溶剂热条件下合成了3个新型金属有机骨架化合物[Ni(L)2]n·DMF(1), Ni(H2 O)2(L)2(2)和 Ni(L)2(CH3 OH)2(3)。化合物1是用 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂合成的具有菱形孔道的三维骨架化合物;化合物2是在DMF/H2O(体积比4︰1)中合成的水作为终端配体参与配位的二维层状化合物,并通过层与层之间的氢键作用构筑形成了三维超分子结构;当溶剂为甲醇时,得到了二维层状化合物3,且甲醇作为终端配体参与配位。磁学和电化学性质研究结果表明,化合物1~3中相邻镍离子之间存在反铁磁相互作用;在一定的电势范围内出现一对明显的Ni (Ⅱ)/Ni(Ⅲ)氧化还原峰,表明化合物1~3是潜在的磁性材料或电催化剂材料。     

金属有机框架材料在催化领域的研究现状与展望（英文）

金属有机骨架材料(MOF)又称多孔配位聚合物(PCP),是一类由金属团簇和有机配体通过配位作用形成的新型晶态多孔材料.近30年, MOF材料在催化领域受到了广泛的关注和研究.MOF的多孔结构和高比表面积可以实现催化位点的空间分离并促进物质传输,从而提高催化活性.MOF可以像均相催化剂一样在原子精度进行灵活剪裁和调控,同时具有非均相催化剂易分离回收的优势.通过结合均相和非均相催化剂的优点, MOF表现出了诸多优于传统催化材料的独特性质.本文首先简要介绍了MOF基催化材料设计的基本原理和MOF应用于催化的独特性,其次对MOF在催化中面临的瓶颈和局限进行了论述,最后指出了MOF在未来催化领域中潜在的独特应用前景.MOF材料中金属节点、有机配体和孔空间都可以进行灵活功能化,从而赋予催化活性.金属节点上的不饱和配位点可作为路易斯酸催化中心.配体可以通过修饰不同功能基团从而赋予催化活性.此外,金属节点和有机配体还可以通过接枝外来催化位点进行功能化.更重要的是, MOF孔空间可以限域客体活性单元,极大扩展了活性位的来源.MOF还可以作为前驱体通过化学转化获得多孔碳、金属化合物及其复合材料.MOF的高...     

两种有机磺酸配合物的合成、表征及与DNA键合性质（英文）

合成了2个新型有机磺酸配合物,[Cd（phen）2（ans）2]·H2O（1）和[Pb（phen）2（ans）2]·H2O（2）（phen=1,10-邻菲咯啉,ans=4-氨基-1-萘磺酸根）,通过元素分析、红外光谱等对配合物进了表征,用X-射线单晶衍射方法测定了配合物的单晶结构。应用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及粘度测定方法研究了配合物与ctDNA的作用,发现2个配合物均以插入和氢键两种模式与ctDNA发生作用。     

气候变化对持久性有机污染物环境过程与生态效应的影响

气候变化对持久性有机污染物(POPs)的影响是目前环境科学领域普遍关注的热点问题。本文介绍了气候变化如何影响POPs向环境的排放、长程传输、环境归趋和对人类与环境的暴露。同时,也强调减缓气候变化的政策和措施与POPs的消除和管理之间的协同作用。为了更好地在国家、区域以及全球成功履行《斯德哥尔摩公约》,本文基于现有的关于POPs和气候变化相互影响效应的知识,从管理和政策层面上给出了建言。     

铜互连电镀中有机添加剂的合成与分析（英文）

铜互连是保障电子设备的功能、性能、能效、可靠性以及制备良品率至关重要的一环。铜互连常通过在酸性镀铜液电镀铜实现,并广泛用于芯片、封装基材和印制电路板中。其中,有机添加剂在调控铜沉积完成沟槽填充、微孔填充以形成精密线路和实现层间互连方面起着决定性作用。添加剂主要由光亮剂、抑制剂和整平剂三组分组成,在恰当的浓度配比下,添加剂对于盲孔超级填充具有协同作用。目前,已报导的文献聚焦于代表性添加剂的超填充机理及其电化学行为,而对于添加剂的化学结构与制备方法鲜有深入研究。本文重点研究了各添加剂组分的制备工艺和快速电化学筛选方法,为电镀铜添加剂的未来发展提供理论指导。