含五氟苯的噻吩并吡咯二酮苯并二噻吩共轭聚合物的合成及其性能

以3,4-噻吩二甲酸和五氟苯胺为起始原料,经酰化、缩合和NBS溴代反应制得2,5-二溴-5-五氟苯基噻吩［3,4-c］吡咯-4,6-二酮(2); 2经两步反应制得2-溴-2,5-二噻吩-5-五氟苯基噻吩［3,4-c］吡咯-4,6-二酮(4);以苯并二噻吩衍生物（BDT-1和BDT-2）为给体单元,2或4为受体单元,分别经Stille偶联缩聚反应合成了3个含五氟苯的噻吩并吡咯二酮-苯并二噻吩共轭共聚物(5a~5c),其结构和性能经¹H NMR, ¹³C NMR, UV-Vis, TGA和循环伏安法表征。结果表明：5a, 5b和5c的最大吸收峰分别位于559 nm, 559 nm和547 nm,光学带隙分别为1.70 eV, 1.73 eV, 1.68 eV(薄膜)和1.84 eV, 1.83 eV, 1.81 eV(甲苯);失重5%的温度为307～325 ℃; 5a~5c的起始氧化电位和起始还原电位分别为1.14 V, 1.18 V, 1.03 V和-0.67 V, -0.67 V, -0.70 V; HOMO和LUMO能级分别为-5.54 eV, -5.58 eV, -5.43 eV和-3.73 eV, -3.73 eV, -3.70 eV。     

新型含苯并二噻吩与苯并二吡咯酮基元的 D-A共聚物的合成及性质

采用苯并二吡咯酮作电子受体单元，在钯催化下，与不同取代基修饰的电子给体单元苯并二噻吩进行Stille偶联聚合反应，合成了两种新型的电子给受体（D-A）聚合物(P1和P2)，其结构和性能经UV-Vis, ¹H NMR, ¹³C NMR,元素分析，GPC, CV和TGA表征。结果表明：薄膜态P1和P2在300~800 nm表现出较强吸。P1和P2的低能端吸收峰值分别位于621 nm和616 nm。氧化峰分别位于0.41 V和0.46 V，能隙分别为1.41 eV和1.36 eV。     

新型苯并二吡咯酮与苯并二噻吩衍生物的共聚及性能研究

以苯并二吡咯酮（BDP）类衍生物为电子受体单元,噻（硒）吩修饰的苯并二噻吩（BDT）类作为电子给体单元,通过钯催化Stille缩聚反应合成了3种新型的给体-受体（D-A）共聚物PBDP-BDT(T), PBDP-BDT(Se), PBDP-BDTT(T),并采用核磁共振、凝胶渗透色谱、紫外-可见分光光度计、循环伏安法,热重分析对3种聚合物的结构和性能进行了表征。结果表明：3种聚合物紫外可见吸收范围为250～1200 nm,其能量最低的吸收峰分别位于680 nm, 722nm, 744 nm;起始氧化电位分别为0.90 eV, 0.73 eV, 0.75 eV,由此估算出其电化学能隙分别为1.72eV,1.47 eV,1.40 eV,显示出较窄的能隙特征。此外,聚合物还具有较好的热稳定性。      

基于1,4-二噻吩二酮-2,5-（5-溴）二噻吩基苯有机聚合物的合成及其基本性质

以噻吩和2,5-二溴对苯二甲酸为基础原料,经五步反应高收率合成了1,4-二噻吩二酮-2,5-（5-溴）二噻吩基苯衍生物,再与有机锡化合物共聚制备了三种有机共轭聚合物材料,初步研究了其分子量、紫外吸收、电化学性质以及热稳定性等性能。研究发现,三种聚合物数均分子量都在11.9 kg / mol以上;最大紫外吸收都在454 nm以上;聚合物6a, 6b, 6c的光学带隙分别为2.41 eV,2.35 eV,2.31 eV;热分解温度（5%）都在343℃以上,是一类具有良好热力学稳定性的聚噻吩衍生物高分子材料。      

基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的有机太阳能电池给体材料光伏性质理论研究

设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域. 首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元, 吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP), 然后以[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)作为电子受体, 借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型, 系统研究了PC₆₁BM-DBDTDPP_n=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质, 并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系. 结果表明, 该聚合物具有较好的平面结构, 低的最高占据分子轨道(HOMO)能级, 在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 eV), 小的激子分离内重组能(0.152 eV)和电荷复合内重组能(0.314 eV). 在给体-受体界面上, 激子分离速率高达1.073×10¹⁴ s^-1, 而电荷复合速率仅为1.797×10⁸ s^-1. 相比较而言, 激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级, 表明在给体-受体界面上, 光生激子具有很高的分离效率. 总之, 研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料, 值得实验上进一步合成及器件化研究. 理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系, 还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.     

苯并三噻吩共轭聚合物的合成及其在有机光伏中的应用

以三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd_2(dba)_3)为催化剂,三甲苯基磷(P(o-tol)_3)为配体,4,3'-十二烷基-2,2'-联二噻吩(M1)和2,8-二溴-5-(2-己基癸基)苯并三噻吩(M2)为单体,采用Stille交叉偶联反应,合成了基于苯并三噻吩和联二噻吩单元的共轭聚合物(PBTT)。采用热重分析、紫外-可见分光光度计及电化学分析分别研究了聚合物PBTT的热性能、光学性能和电化学性能。结果表明:聚合物PBTT具有优异的热稳定性和低的最高占有轨道能级(HOMO);聚合物薄膜最大吸收峰位于469 nm,光学能带隙为2.10 eV;将聚合物与[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)1BM)共混材料作为活性层制作了本体异质结构太阳能电池器件,在模拟太阳光源AM 1.5 G 100 mW/cm~2照射条件下,该器件获得了高达1.00 V的开路电压,初步的能量转化效率为0.43%。     

一种低带隙平面分子结构的聚合物合成

合成了一种给-受体型平面分子结构的低带隙共轭聚合物QP-1(聚[2,6-4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b;3,4-b’]二噻吩-4,7-二[2,5-噻吩]-5,6-二烷氧基-2,1,3苯并噻二唑)),研究了其热学、光物理和光伏性质。由电化学测试得到聚合物的带隙为1.79eV,最高分子占有轨道HOMO和最低分子未占轨道LUMO值分别为-5.47 eV和-3.49 eV。与富勒烯的衍生物PCBM有较为理想的能级匹配水平。使用聚合物/PC71BM共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池。光伏电池的能量转换效率为1.01%,开路电压为0.58 V,短路电流为4.25 mA/cm2,填充因子ff值为0.33。X射线粉末衍射(XRD)结果显示平面主链间的距离为0.365nm,具有较好的结晶性。     

窄带隙二噻吩并吡咯共聚物合成与光伏性能研究

二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]并吡咯(Dithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyrrole,DTP)分别与3种受体单元聚合得到聚合物P1~P3,受体单元分别为:吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噁二唑(DTBO)和喹喔啉衍生物(TQ).研究表明,3种聚合物都有较窄的带隙(P1:1.23 e V,P2:1.51 e V,P3:1.50 e V),有利于活性层材料对太阳光的吸收,其中P1获得了最宽的吸收(近1000 nm).将P1~P3与PC71BM共混制备光伏器件,当给受体比例为1∶3时,基于P1的光伏器件短路电流密度(short-circuit current density,JSC)为15.82 m A/cm~2,开路电压(open-circuit voltage,VOC)为0.38 V,能量转化效率(power conversion efficiency,PCE)达到3.33%,为3种聚合物中最高的效率.对于聚合物P2和P3,在给受体比例为1∶2时,光伏性能最好,此时P2与P3的PCE值分别为1.20%和1.37%,导致较低光电转换效率的因素是短路电流密度JSC(P2:9.70 m A/cm~2,P3:9.21 m A/cm~2)和开路电压VOC(约0.3 V)过低.     

三联吡啶修饰的新型苯并二噻吩电子给-受体分子的合成及性能研究

以4,8-二酮苯并［1,2-b：4,5-b′］二噻吩为原料,合成了两种新型的2,2′ ∶6′,2″-三联吡啶修饰的苯并二噻吩电子给-受体结构分子(M1和M2),其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, IR和元素分析表征。用UV-Vis, FL, TGA和CV研究了M1和M2的性能。结果表明：M1和M2均具有良好的热稳定性,热分解温度(T₅)分别为335 ℃和430 ℃。由于电子给-受体结构的存在,M1和M2均表现出明显的分子内电荷转移跃迁(ICT),其最大吸收峰分别为446 nm和468 nm,荧光发射峰分别为517 nm和552 nm;起始还原电位分别为-0.57 eV和-0.62 eV,起始氧化电位分别为0.69 eV和0.87 eV。     

含均苯四甲酸二酰亚胺受体单元的共轭高分子的合成及其在有机太阳能电池上的应用

通过Stille反应合成了一系列含有均苯四甲酸二酰亚胺受体单元的共轭聚合物P1～P7.该系列聚合物在常见有机溶剂中溶解性良好,在370～600 nm范围内有较强吸收.通过循环伏安法测量其LUMO能级范围在-3.66～-3.90 eV之间,HOMO能级在-5.25～-6.17 eV之间,在同类分子中接近最低值.通过改变主链中噻吩单元的数量和给电子单元,可以调节分子的能隙,使其电化学能隙在2.45～1.55 eV范围内变化.将含均苯四甲酸二酰亚胺受体单元的P1～P7应用于有机太阳能电池中,作为给体材料与PC61BM共混制成本体异质结聚合物电池,器件开路电压普遍较高.其中基于均苯四甲酸二酰亚胺与二噻吩并噻咯的聚合物P7的器件,在AM 1.5 G,86 mW/cm2光照条件下,开路电压为0.72 V,短路电流为1.22 mA/cm2,能量转换效率为0.27%.     

Polymer Electron Acceptors Based on Fluorinated Isoindigo Unit for Polymer Solar Cells

Most of efficient polymer electron acceptors for polymer solar cells (PSCs) are based on naphthalene diimide or perylene diimide as the electron deficient building block. In this paper, for the first time, we report polymer electron acceptors based on fluorinated isoindigo (F‐IID) as the electron deficient building block. We synthesized two polymer electron acceptors consisting of alternating F‐IID unit and thiophene/selenophen unit. They show low‐lying LUMO/HOMO energy levels of –3.69/–5.69 eV, high electron mobilities of 1.31×10^–5 cm²·V^–1·s^–1 and broad absorption spectra with the optical bandgap of 1.61 eV. PSC devices using the two F‐IID‐based polymers as polymer electron acceptors show encouraging power conversion efficiencies (PCEs) of up to 1.50% with an open‐circuit voltage (V_OC) of 0.97 V, a short‐circuit current density (J_SC) of 2.91 mA·cm^–2, and a fill factor (FF) of 53.2%. This work suggests a new kind of polymer electron acceptors based on F‐IID unit.     

菁类染料敏化的固态纳米TiO2光电化学电池

染料敏化TiO2光电化学电池具有较高的能量转换效率,价格仅为传统单晶硅太阳能电池的1／10,成为半导体光电化学领域的研究热点^[1-4]。但该类电池内的电解液可流动,造成电池密封困难,限制其实用化。针对这一问题,采用无机p-型半导体材料^[5,6]和高分子导体等电解液替代物组装固态光电化学电池成为该领域的新的研究方向^[7-9]。我们^[10]用凝胶网络高分子电解质组装成固态电池,取得了令人满意的结果。电池中原使用的敏化剂是顺二硫氰根－双（2,2′－联吡啶－4,4′－二羧酸）合钌（Ⅱ）(cis-bis)(thiocyanato)bis(2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate)ruthenium(Ⅱ）,其价格昂贵,合成路线复杂。本文用自合成的、价格低廉的纯有机不对称菁类染料（Cyanine dye,以下简称为CD）敏化TiO2电极和基于聚氧乙烯（PEO）的凝胶网络高分子电解质组装成固态电池,并研究了所得固态电池的光电转换性能。     

Synthesis and characterization of an acrylate polymer containing chlorine-1,3-dioxalane groups in side chains

Poly[2-（4-chlorophenyl）-1,3-dioxolan-4-yl]methyl acrylate,poly（CPhDMA）,was synthesized with radical polymerization process using 2,2′-azobisisobutyronitrile as radical initiator in 1,4-dioxane at 60℃.The structure of poly（CPhDMA） was confirmed by means of UV-Vis,FT-IR,¹H-NMR,and ¹³C-NMR spectral techniques.The molecular weight distribution values of the polymer were determined with gel permeation chromatography（GPC）.The number-average molecular weight（M_n）,weight-average molecular weight（M_W） and polydispersity index（PDI） values of poly（CPhDMA） were determined to be 10300,21600 and 2.097,respectively.The thermal degradation kinetics of the polymer was investigated by using TG/DTG-DTA and DSC analyses at different heating rates in dynamic nitrogen atmosphere.The apparent activation energy values obtained by Flynn-Wall-Ozawa and Friedman methods were found to be 91.68 and 85.23 kJ mol^-1,respectively,for thermal decomposition of poly（CPhDMA）.Also,the thermal degradation activation energy value of poly（CPhDMA） was calculated by using the Kissinger method based on the DTG,DTA and DSC data.Then the mechanism function of it was determined by master plots method.Finally,electrical and optical properties of poly（CPhDMA） were determined by four-point probe and UV-Vis techniques,respectively.     

一种双锂盐梳状聚合物电解质的制备及电化学性能

将聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝在聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(PIAMA)上合成梳状锂单离子导体PIAMA-g-MPEG, 并与双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)复合制成双锂盐梳状聚合物电解质薄膜. 用核磁共振波谱 (¹H NMR)、 热重分析(TG)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电化学阻抗(EIS)和电池充放电测试等方法对聚合物基体和电解质的物化性质和电化学性能进行了研究.结果表明, 设计的双锂盐梳状聚合物电解质能够有效解离并传输锂离子, 70 ℃下离子迁移数(t_Li⁺)为0.32, 离子电导率(σ)为1.5×10^-4 S/cm, 电化学稳定窗口为0~4.9 V (vs. Li/Li⁺). 组装Li|PIAMA-g-MPEG|Li电池并进行70 ℃恒电流充放电电压极化测试, 结果表明, 电解质与金属锂负极兼容性较好, 能够有效抑制锂枝晶的生长.组装LiFePO₄|PIAMA-g-MPEG|Li电池进行70 ℃长循环及倍率性能测试, 电解质表现出了优异的高温性能.     

玻璃球负载非晶态有机钛聚合物提高光催化还原CO2的转换频率

化学蚀刻玻璃球,表面产生纳米孔缝,再通过溶剂热法在孔缝内制备了非晶态有机钛聚合物。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）、荧光光谱（PL）、有机元素分析（OEA）、紫外光电子能谱（UPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等表征了材料的结构及光电性能。结果表明,负载的非晶态有机钛聚合物对可见光有明显的吸收,且荧光强度较NH₂-MIL-125（Ti）大幅度降低,光生电子-空穴对更加稳定。玻璃球负载的非晶态有机钛聚合物为催化剂,300 W氙灯为光源催化还原CO₂,反应4 h后,甲醇的产量达941.6 μmol,相应的转换频率（TOF）值为46.4 h^-1。使用具有相同有机配体及金属离子的NH₂-MIL-125（Ti）及P25为对比催化剂,在相同的光催化条件下,其相应的TOF分别为0.28和0.019 h^-1。催化剂热处理实验表明玻璃球载体对有机钛聚合物的化学稳定性有明显的保护作用,经过300 ℃处理,负载的有机钛聚合物光催化性能仍然稳定,而NH₂-MIL-125（Ti）的光催化活性衰减了54%,这是由于其化学结构及晶体结构被破坏。     

2,2′-氧联二苯甲酸合钡-维配位聚合物的合成与晶体结构

在水热条件下,以2,2′-氧联二苯甲酸( H2odb)和Ba(NO3)2作为原料合成了一维配位聚合物{[Ba(Hodb)2]}n；利用红外光谱、X射线单晶衍射、元素分析等考察了产物的结构和组成,利用热重分析测定了其热稳定性.结果表明,标题化合物属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为:a=0.881 9(3) nm,b=...     

An acceptor‐acceptor conjugated copolymer based on perylene diimide for high mobility n‐channel transistor in air

A new solution‐processable acceptor‐acceptor conjugated copolymer ( P1 ) based on perylene diimide (PDI) incorporating planar electron‐deficient fluorenone was synthesized by palladium(0)‐catalyzed Suzuki coupling reaction. Relative to the donor‐acceptor conjugated copolymer ( P2 ) of PDI and dithienothiophene, polymer P1 exhibits 0.1 eV down shift of lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level, 70 nm blue shift of low‐energy absorption band, and 0.36 eV increase of optical band gap. Polymer P1 in top‐contact bottom‐gate organic field‐effect transistors exhibits a saturation electron mobility of 0.01 cm²/(V s) in air, while P2 does not function in the same device in air. The better air stability of P1 is attributed to a more dense packing of the polymer chains excluding oxygen or water and lower LUMO level of P1 . © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem, 2012     

Supramolecular assembly of H‐bonded side‐chain polymers containing conjugated pyridyl H‐acceptor pendants and various low‐band‐gap H‐donor dyes bearing cyanoacrylic acid groups for organic solar cell applications

Novel supramolecular side‐chain polymers were constructed by complexation of proton acceptor (H‐acceptor) polymers, i.e., side‐chain conjugated polymers P1–P2 containing pyridyl pendants, with low‐band‐gap proton donor (H‐donor) dyes S1–S4 (bearing terminal cyanoacrylic acids) in a proper molar ratio. Besides unique mesomorphic properties confirmed by DSC and XRD results, the H‐bonds of supramolecular side‐chain structures formed by pyridyl H‐acceptors and cyanoacrylic acid H‐donors were also confirmed by FTIR measurements. H‐donor dyes S1–S4 in solid films exhibited broad absorption peaks located in the range of 471–490 nm with optical band‐gaps of 1.99–2.14 eV. Furthermore, H‐bonded polymer complexes P1/S1–P1/S4 and P2/S1–P2/S4 exhibited broad absorption peaks in the range of 440–462 nm with optical band‐gaps of 2.11–2.25 eV. Under 100 mW/cm² of AM 1.5 white‐light illumination, the bulk heterojunction polymer solar cell (PSC) devices containing an active layer of H‐bonded polymer complexes P1/S1–P1/S4 and P2/S1–P2/S4 (as electron donors) mixed with [6,6]‐phenyl C₆₁ butyric acid methyl ester (i.e., PCBM, as an electron acceptor) in the weight ratio of 1:1 were investigated. The PSC device containing H‐bonded polymer complex P1/S3 mixed with PCBM (1:1 w/w) gave the best preliminary result with an overall power conversion efficiency (PCE) of 0.50%, a short‐circuit current of 3.17 mA/cm², an open‐circuit voltage of 0.47 V, and a fill factor of 34%. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 47: 5998–6013, 2009     

平面型给-受体共轭聚合物的合成及在体异质结聚合物太阳能电池中的应用

设计合成了主链为聚2,8-{5,11-二烷基吲哚[3,2-b]咔唑}-4,7[2,5-噻吩]-二-5,6-二烷氧基-2,1,3-苯并噻二唑, 具有不同侧链的2种平面型给-受体共轭聚合物(QP-2和QP-3), 研究了其热学、光物理和光伏性质. 用聚合物-PC₇₁BM([6,6]-苯基C₇₁丁酸甲酯)共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池. 其中以QP-3为给体、以PC₇₁BM为受体的光伏电池能量转换效率最高达到2.59%, 开路电压为0.72 V, 短路电流为9.24 mA/cm², 填充因子为0.38. XRD结果表明, 平面型共轭聚合物具有较好的结晶性, 原子力显微镜(AFM)显示平面型共轭聚合物易于发生微观相分离.     

一种具有发光传感、 安培传感和染料吸附性能的多功能Zn(II)配位聚合物

以N,N′-双(4-吡啶甲酰胺)-3,4-噻吩(4-bpft)和对苯二甲酸(1,4-H₂bdc)为配体, 在水热条件下合成了一种新的多孔配位聚合物Zn(4-bpft)(1,4-bdc)](CP 1). 采用单晶X射线衍射、 傅里叶变换红外光谱和粉末X射线衍射技术对其结构和组成进行了表征. 结果表明, CP 1展示出二维网络结构, 具有17.3%的溶剂可及空隙, 呈现{6³}拓扑的3-连接网络. CP 1具有明显的荧光开启性能, 能有效检测天门冬氨酸(Asp); 还表现出可逆的电化学氧化还原行为, 可作为检测抗坏血酸(AA)的安培传感器. 此外, CP 1能有效吸附有机染料亚甲基蓝(MB)、 龙胆 紫(GV)和中性红(NR), 表明其在去除有机污染物方面具有潜在的应用价值.