相邻五元环基元的C60衍生捕获及有机光伏电子受体PC70BM异构体的分离和表征

摘要

自从富勒烯被发现以来，富勒烯独特的结构及物理化学性质吸引了科学家们极大的关注，并取得了较快的发展和进步。近三十年来，科学研究者根据大量的理论计算和实验结果对富勒烯的形成提出了多种模型和可能的机理。但由于缺乏足够的实验证据，至今仍没有任何一种机理可以完全解释富勒烯的形成过程。要了解富勒烯的形成过程，关键在于富勒烯形成过程中反应中间体的捕获和表征。然而，这些反应中间体十分活泼且易进一步生成更稳定的富勒烯，不易被捕获和表征。因此关于富勒烯形成过程中中间体的捕获具有十分重要的意义。
　　聚合物太阳能电池具有重量轻、材料来源丰富、有机材料柔性好、制作成本低等优点，成为人们近年来的研究热点。在聚合物太阳能电池中，[6，6]-苯基-C70-丁酸甲酯(PC70BM)由于吸收强、溶解度高、重组能量小等特点，是目前高效聚合物太阳能电池中常用的受体材料。由于PC70BM和bisPC70BM异构体的数量较多，目前尚无针对不同异构体的聚合物太阳能电池效率的研究。因此对PC70BM和bisPC70BM异构体的分离提纯，对受体材料性能的改进具有一定的指导意义。
　　本论文的主要工作:
　　1.通过石墨电弧放电法引入氯源而氯化得到的富勒烯衍生物进行高效液相色谱分离，得到一种新型富勒烯衍生物C60(C12Cl8)，并对其结构及形成机理进行了初步的探讨。该C12Cl8片段含一对相邻五元环，其骨架结构存在于许多非IPR富勒烯中，可能是许多富勒烯形成机理中的重要中间体;
　　2.对常用的聚合物太阳能电池受体材料bisPC70BM进行分离提纯，得到bisPC70BM两个异构体的晶体结构，并对其光伏性能进行初步的探讨。理论分析和实验结果表明，不同异构体堆积方式的不同会影响其固体状态下的电子迁移率，并对其能量转换效率造成一定影响;
　　3.通过多轮高效液相色谱法对常用的聚合物太阳能电池受体材料PC70BM进行分离提纯。建立了这类功能化的富勒烯衍生物及手性富勒烯的分离方法，为今后进行相关富勒烯材料的研究奠定了物质基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．富勒烯及其衍生物

1．1．1．富勒烯的合成

1．1．2．富勒烯的分离

1．1．3．富勒l烯的表征

1．2．富勒烯的形成机理

1．2．1．富勒烯的形成机理

1．2．2．“独立五元环”规则

1．2．3．Stone-Wales转变

1．3．手性富勒烯

1．3．1．手性富勒烯的分类

1．3．2．手性碳笼富勒烯

1．3．3．C60手性衍生物

1．3．4．C70手性衍生物

1．4．富勒烯及其衍生物的应用

1．4．1．富勒烯及其衍生物在机太阳能电池中的应用

1．4．2．富勒烯及其衍生物的其他应用

1．5．本课题的提出

参考文献

第二章 C60(C12Cl8)的分离及表征

2．1．实验部分

2．1．1．实验条件

2．2．实验结果与讨论

2．2．1．原始产物的合成与提取

2．2．2．C60(C12Cl8)的高效液相色谱分离

2．2．3．C60(C12Cl8)的质谱表征

2．2．4．C60(C12Cl8)的紫外可见光谱

2．2．5．C60(C12Cl8)的晶体结构表征

2．2．6．C60(C12Cl8)的形成机理探究

2．3．本章小结

参考文献

第三章 bisPC71BM异构体的分离及光伏性能研究

3．1．实验部分

3．1．1．实验条件

3．1．2．bisPC71BM的合成

3．1．3．bisPC71BM异构体的分离

3．1．4．trans-bisPC71BM和cis-bisPC71BM的质谱表征

3．1．5．trans-bisPC71BM和cis-bisPC71BM紫外可见光谱

3．1．6．trans-bisPC71BM和cis-bisPC71BM的核磁分析

3．1．7．trans-bisPC71BM和cis-bisPC71BM的晶体结构表征

3．1．8．trans-bisPC71BM和cis-bisPC71BM的循环伏安测试

3．2．结果与讨论

3．3．本章小结

参考文献

第四章 PC70BM的分离及表征

4．1．实验部分

4．1．1．实验条件

4．2．实验结果与讨论

4．2．1．PC71BM的合成

4．2．2．PC70BM混合物的分离

4．2．3．PC70BM的质谱表征

4．2．4．PC70BM的紫外可见光谱

4．2．5．α-PC70BM和β-PC70BM的圆二色光谱表征

4．2．6．PC70BM的核磁分析

4．3．本章小结

参考文献

第五章 今后工作的展望

硕士期间发表论文情况

致谢