三聚噻吩TCNQ复合物晶体结构的测定-MM与图形技术在测定晶体结构中的应用

本文利用直接法和应用分子力学与图形技术结合的尝试法,测定了取向无序的三聚噻吩TCNQ复合物的晶体结构,采用0PEC程序对复合物晶体进行堆积分析和堆积能的计算。     

电荷转移复合物1-氮-甲基-苯并哒嗪TCNQ和2-氮-甲基-苯并哒嗪TCNQ的能带结构与电性质的研究

本文采用以EHMO为基础的紧束缚近似方法计算了同分异构复合物1-N-Mci TCNQ_2和2-N-Mci TCNQ_2的能带结构。通过计算谐振稳定能估算复合物中TCNQ的电荷。计算结果表明, 复合物晶体中的给体N-Mci对一维能带的前沿轨道无影响。1-N-Mci和2-N-Mci的几何形状不同, 在晶体堆积能量上影响TCNQ的排列, 使两个复合物的TCNQ堆积方式不同, 能带结构也就不一样了。1-N-Mci TCNQ_2复合物的TCNQ之间π-π轨道迭合较好, 能隙小。LU带色散大, LU轨道上的电子为末充满状态(δ≈1.77), 具有较好的导电性能。2-N-Mci TCNQ_2复合物中TCNQ二聚体之间π-π轨道重叠不好, 能隙大, LU带宽很窄, LU轨道上电子为半充满状态(δ≈1.0), 易于形成磁绝缘体, 其导电性比1-N-Mci TCNQ_2差, 这与实验结果是一致的。     

石墨烯/聚3，4-乙烯二氧噻吩复合物的电化学制备及其在超级电容器中的应用

首次提出了一种在离子液体中在石墨烯表面用恒电流法聚合3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体制备石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩(石墨烯/PEDOT)复合物的方法。用原子力显微镜、扫描电镜等技术表征证明石墨烯/PEDOT复合物是由PEDOT纳米谷粒状颗粒分散在石墨烯片表面而组成的。将该复合物用作超级电容器电极材料时,在1.0 A.g-1的充放电比电流下得到的比电容值为181 F.g-1。同时,该材料还显现出较好的充放电可逆性和稳定性。     

MCI·(TCNQ)_2电荷转移复合物分子晶体的电子能带结构及其与导电性能关系的研究

本文对1-MCI·(TCNQ)_2(Ⅰ)及2-MCI·(TCNQ)_2(Ⅱ)两种电荷转移复合物分子晶体的电子能带、电荷分布及电荷转移量进行了研究,指出:(1)晶体中TCNQ分子柱对导电起主要作用,载流子是电子。(2)导电主要是采取载流子在格点间跳跃(hopping)的方式进行。(3)晶体(Ⅰ),(Ⅱ)电导率的显著差别是由于载流子浓度,n_(AⅠ)~c=0.9988-|e|/cell,n_(AⅡ)=0.0340-|e|/cell;能带宽度△E(?)=0.088eV,△E(?)=0.040eV;(dE/dk)(?)=0.27eV·(?),(dE/dk)(?)=0.0048eV·(?)以及载流子在格点间跳跃的势垒E_(11)-E_1=2.5-8.8 kJ/mol等显著差别所致。     

芳基四硫富瓦烯与溴化铜电荷转移复合物的合成及晶体结构

采用溶液扩散的方法合成了硫原子桥联芳基取代四硫富瓦烯1～4与CuBr₂的4种电荷转移复合物(1^+·)(Cu₂Br₆)_0.5、(2^+·)(Cu₂Br₆)_0.5、(3^+·)(Cu₂Br₆)_0.5和(4^+·)(CuBr₂)。晶体结构研究表明,复合物中阴离子呈现2种构型：八面体型(Cu₂^ⅡBr₆)^2-和直线型(Cu^ⅠBr₂)^-,并且4种复合物呈现不同的堆积结构。通过调控芳基上卤素原子取代位置和大小,实现了对电荷转移复合物堆积结构和阴离子构型的有效调控。     

芳基四硫富瓦烯与碘电荷转移复合物的合成及其晶体结构

采用缓慢挥发溶剂的方法合成了硫原子桥联芳基取代四硫富瓦烯（Ar-S-TTF）与碘的3种电荷转移复合物（1^+·）（I₃）·I₂、（2^+·）（I₅）·I₂和（3²⁺）（I₃）₂,采用单晶X射线衍射、紫外可见光谱、循环伏安对其进行了表征。复合物（1^+·）（I₃）·I₂为C2/c空间群,1^+·呈椅式构型。化合物1与碘之间在溶液中和复合物中电荷转移一致。复合物（2^+·）（I₅）·I₂为P1空间群,2^+·呈椅式构型。复合物（3²⁺）（I₃）₂为Pbca空间群,3²⁺呈独特的平面构型。化合物2和3与碘之间在溶液中和复合物中呈现不同的电荷转移。复合物中聚碘阴离子呈现不同的堆积结构：由I₃^-或I₅^-/I₂组成的一维链状和I₃^-/I₂组成的二维网格状。     

芳基四硫富瓦烯与碘电荷转移复合物的合成及其晶体结构

采用缓慢挥发溶剂的方法合成了硫原子桥联芳基取代四硫富瓦烯(Ar-S-TTF)与碘的3种电荷转移复合物(1^+·)(I₃)·I₂、(2^+·)(I₅)·I₂和(3²⁺)(I₃)₂,采用单晶X射线衍射、紫外可见光谱、循环伏安对其进行了表征。复合物(1^+·)(I₃)·I₂为C2/c空间群,1^+·呈椅式构型。化合物1与碘之间在溶液中和复合物中电荷转移一致。复合物(2^+·)(I₅)·I₂为P1空间群,2^+·呈椅式构型。复合物(3²⁺)(I₃)₂为Pbca空间群,3²⁺呈独特的平面构型。化合物2和3与碘之间在溶液中和复合物中呈现不同的电荷转移。复合物中聚碘阴离子呈现不同的堆积结构：由I₃^-或I₅^-/I₂组成的一维链状和I₃^-/I₂组成的二维网格状。     

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸导电复合物的结构与性能

3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)以木质素磺酸(LS)作载体,通过化学氧化法聚合形成了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸(PEDOT/LS)导电复合物.该导电复合物的结构与性能分别采用紫外可见分光光度计、红外光谱仪、zeta电位及粒度分析仪、原子力显微镜、X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪、四探针测试仪、电泳仪,以及表面电阻仪来表征.结果表明,EDOT能在LS水溶液中氧化聚合,得到水分散性PEDOT/LS导电颗粒.该颗粒是一种聚电解质复合物,等量电荷配比的PEDOT/LS位于内核而富余的亲水性LS包在外层.LS与PEDOT两者之间存在较强的作用力,无法通过电泳分开.X-射线衍射仪结果表明该复合物是无定型的.当LS与EDOT单体质量比从0.7∶1升高至3.0∶1时,复合物的粒径从673 nm降低至348 nm,涂膜表面变得均匀,同时表面电阻从1.9 kΩ/sq上升至87.2 kΩ/sq.用PEDOT/LS配置得到的抗静电剂,可以使玻璃片表面电阻从1012Ω/sq减小至107Ω/sq.     

焦化苯中的噻吩与乙醇在HZSM5沸石上的反应

焦化苯中加入少量的乙醇，在一定的温度下用ＨＺＳＭ５催化剂能将其中的噻吩分解生成硫化氢及微量的重组分硫化物．研究结果表明，反应体系中乙基正碳离子的存在是加速噻吩分解的主要原因，且当反应温度高于４００℃时，ＨＺＳＭ５催化剂脱噻吩活性的稳定性较好；在ｎ（Ｂ）／ｎ（ＥｔＯＨ）＝６５６（Ｂ为焦化苯），温度４００℃，常压，ＷＨＳＶ３５～３９ｈ－１的条件下，焦化苯中噻吩的脱除率可达９８％．     

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%。     

含噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯二酮结构单元聚合物的合成及其在太阳能电池中的应用研究

设计并合成了一种交叉共轭的(cross-conjugated)缺电子型聚合物单体——二溴代噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯(DPPTTZ)二酮,并将其分别与噻吩(T)、硒吩(Se)和N-甲基吡咯(Py)的双锡试剂进行共聚反应,获得了一类新的供体-受体(D-A)型共轭聚合物光电材料.这类材料分子的最高占有轨道(HOMO)能级较低,因此其光电器件具有较高的开路电压(Voc),稳定性好.此外,它们在紫外-可见光区有较宽的吸收,最大吸收位于波长620 nm附近;能带隙(band gap)小,分别为1.86 e V(p DPPTTZ-T)、1.83 e V(p DPPTTZ-Se)和1.85 e V(p DPPTTZ-Py).器件初步测试结果表明,上述聚合物与PC71BM组成的本体异质结聚合物太阳能电池Voc在0.68~0.81 V之间,能量转化效率(PCE)最高达3.05%(p DPPTTZ-T).     

两个含有叠氮根和硫氰根配位单元的3，4-双咪唑噻吩锰（Ⅱ）配位聚合物的合成与晶体结构

制备了2个含有叠氮根和硫氰根配位单元的3,4-双咪唑噻吩(L)的锰(Ⅱ)配位聚合物[Mn(L)(N3)2(H2O)]n(1)和[Mn(L)2(SCN3)2]n(2)并报道了它们的晶体结构。化合物1和2是通过3,4-双咪唑噻吩与四水醋酸锰反应,同时分别引入过量的线性三原子阴离子(N3-和SCN-)以取代醋酸根作为抗衡离子制备而得。单晶结构分析表明1和2具有相同的无限二维链状空间结构,但是由不同的44元的[Mn6(L)4(2N3)2]和36元的[Mn4L4]大环单元结构组成。此外,配位聚合物1中的叠氮根分别采用端基单齿和桥联双齿的配位方式,而配位聚合物2中的硫氰根仅以端基氮原子与Mn(Ⅱ)离子配位。     

两个含有叠氮根和硫氰根配位单元的3,4-双咪唑噻吩锰(Ⅱ)配位聚合物的合成与晶体结构

制备了2个含有叠氮根和硫氰根配位单元的3,4-双咪唑噻吩（L）的锰（Ⅱ）配位聚合物[Mn（L）（N₃）₂（H₂O）]_n（1）和[Mn（L）₂（SCN₃）₂]_n（2）并报道了它们的晶体结构。化合物1和2是通过3,4-双咪唑噻吩与四水醋酸锰反应,同时分别引入过量的线性三原子阴离子（N₃^-和SCN^-）以取代醋酸根作为抗衡离子制备而得。单晶结构分析表明1和2具有相同的无限二维链状空间结构,但是由不同的44元的[Mn₆（L）₄（2N₃）₂]和36元的[Mn₄L₄]大环单元结构组成。此外,配位聚合物1中的叠氮根分别采用端基单齿和桥联双齿的配位方式,而配位聚合物2中的硫氰根仅以端基氮原子与Mn（Ⅱ）离子配位。     

齐聚[3,2-b]并二噻吩的合成、表征及其在有机薄膜晶体管中的应用

通过Stille偶联反应合成了5.5"-二辛基.2.2':5'2'-三联[3,2-b]并二噻吩,并对该化合物的物理化学性质以及真空蒸镀薄膜的结构和形貌进行了详细表征.以这一化合物作为半导体层、采用顶电极结构制备了有机薄膜晶体管,并对薄膜生长基底温度做了优化,发现基底温度为100℃时器件性能最好,迁移率达到0.13 cm2/V·s,开关比为7×103,阈值电压为-19V.     

Diamond软件及数据库在晶体结构教学中的应用——以钙钛矿(CaTiO3)为例

晶体结构是《材料科学基础》课程的重中之重,是学好后续专业知识的基础,此部分内容概念抽象,需要很强的空间想象能力,传统的二维图片很难表达离子/原子的三维空间排布。本文以钙钛矿(CaTiO₃)结构教学为例,借助Diamond软件和网络数据库构建立体性和可操作性三维晶体结构模型,利用此模型可以清晰直观的看到晶体结构内部原子的排列。通过改变立方体位置和配位体中心原子构建不同的晶体结构模型,采用坐标系法、最紧密堆积法和多面体的连接方式三种方法,对钙钛矿的晶体结构进行全面的描述,有助于提高学生的学习兴趣和效率。     

多壁碳纳米管及氧化锌纳米复合物修饰丝印电极的制备及在去甲肾上腺素测定中的应用

建立了多壁碳纳米管及氧化锌纳米复合物修饰的丝印电极(MWNTs-ZnO SPE)测定去甲肾上腺素(NE)的方法。利用丝网印刷技术制备即抛型MWNTs-ZnO丝印电极,去甲肾上腺素在此电极上0.28 V处可产生灵敏的响应电流。应用方波伏安法测定NE的线性范围为0.75～50μmol/L,r2=0.999 3,检出限(S/N=3)为0.3μmol/L。该法简单、快速、灵敏,且电极成本低、可批量制作,适用于大批量样品中NE的测定。     

基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物在太阳能电池中的应用

近年来为获得有机聚合物太阳能电池更高的能量转换效率,越来越多的活性层材料被设计合成出来,尤其是给体材料。其中,基于给体单元苯并二噻吩(BDT)的D-A型窄带隙共轭聚合物更是多次刷新了有机聚合物太阳能电池效率的最高记录,目前达10.6%。本文探讨了基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物材料结构及其应用在太阳能电池中的性能参数关系,从提高开路电压、短路电流和填充因子三个方面总结出了提高基于BDT共轭聚合物太阳能电池能量转换效率的方法。     

含萘并二噻吩小分子受体材料的带隙调控及其在非富勒烯太阳能电池中的应用

By using photovoltaic technology, ambient solar light can be directly converted to electricity. The photovoltaic technology has been regarded as one of the most important and promising strategies to resolve the worldwide energy and pollution problems. As one type of photovoltaic technology, polymer solar cells have attracted increasing interest due to their advantages of solution processing capability, low-cost, feasibility to be fabricated on flexible substrates etc. Not until a few years ago, the fullerene derivatives had been dominated the organic photovoltaic field as the most promising acceptor materials for polymer solar cells. However, fullerene-based polymer solar cells have a power conversion efficiency bottleneck due to the relatively fixed energy levels as well as the fixed bandgaps of fullerene derivatives. Therefore, researchers started to develop nonfullerene acceptors which can be used as alternatives to replace the traditional fullerene derivatives. Compared to the fullerene derivatives, nonfullerene acceptors offer several advantages such as stronger light absorption, tunable bandgaps and frontier molecular orbital energy levels. For nonfullerene acceptors, a ladder-type fused ring is usually used as the central core which is an essential building block to tailor the bandgaps and energy levels. Although many fused ring systems have been explored for efficient nonfullerene acceptors, ladder-type angular-shape dithienonaphthalene is seldom reported as the donor unit for nonfullerene acceptors. Furthermore, the impact of thiophene bridge on the optical and photovoltaic properties of the dithienonaphthalene-based nonfullerene acceptors has never been reported. In this context, we report on the design and synthesis of a dithienonaphthalene-based small-molecule acceptor which contains thiophene bridges in between the acceptor terminals and the fused-ring donor core. Compared to the dithienonaphthalene-based small-molecule without the thiophene bridges, the resulting acceptor (DTNIT) exhibits a reduced bandgap of 1.52 eV which makes it more suitable to be blended with the benchmark large bandgap copolymer, poly[(2, 6-(4, 8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1, 2-b: 4, 5-b']dithiophene))-alt-(5, 5-(1', 3'-di-2-thienyl-5', 7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1', 2'-c:4', 5'-c']dithiophene-4, 8-dione)] (PBDB-T). The reduced band-gap of the resulting nonfullerene acceptor can be attributed to its extended π-conjugation in comparison with the dithienonaphthalene-based acceptor without the thiophene bridges. Inverted polymer solar cells with a device configuration of indium tin oxide/ZnO/PBDB-T:DTNIT/MoO₃/Ag were fabricated and characterized. Polymer solar cells based on PBDB-T:DTNIT showed an open circuit voltage of 0.91 V, an enhanced short circuit current of 14.42 mA∙cm⁻², and a moderate PCE of 7.05% which is comparable to the PCE of 7.12% for the inverted device based on PBDB-T:PC₇₁BM. Our results not only provide a method to synthesize efficient nonfullerene acceptors with reduced bandgaps, but also offer a bandgap modulation strategy for nonfullerene acceptors.