有机半导体M-TCNQ的液/液界面电合成及其电性能研究

摘要

液/液界面(Liquid/Liquid interface，L/L)，或油/水界面（Oil/Water Interface）是指由两种互不相溶的电解质溶液所构成的界面（Interface between TwoImmiscible Electrolyte Solutions，ITIES）。液/液界面电化学不仅可以研究电子转移反应，而且可以研究非氧化还原活性的离子转移反应，逐渐成为电化学和电分析化学的一个重要分支。研究液/液界面上荷电粒子的转移现象对于理解液膜型离子选择性电极、相转移及界面催化、药理学中的药物传输问题以及膜生物物理化学现象具有重要意义。本论文利用液/液界面的电荷转移现象，在水/1，2-二氯乙烷(W/1，2-DCE)界面上合成了有机金属电荷转移复合物AgTCNQ和CuTCNQ，主要结果总结如下:
　　(1)以PET膜支撑W/1，2-DCE界面，合成了Ag/AgTCNQ肖特基结复合PET膜，膜的一侧为金属Ag，另一侧为AgTCNQ纳米棒。XRD研究表明PET膜上生长的AgTCNQ晶体属于正交晶系，其晶格参数分别为a=6.95(A)，b=16.69(A)，c=17.45(A)。构建了全固态电解池用于研究Ag/AgTCNQ复合PET膜器件的电化学和电学特性。首次得到Ag/AgTCNQ肖特基结界面电子转移的全固态伏安行为，其峰电流与扫速成正比，氧化、还原过程的积分电量相等，通过Tafel曲线求得电荷传递系数α和交换电流密度j0的值分别为0.533，2.21×10-6 A cm-2，表明该体系具有良好的化学可逆性和稳定性。该器件在高、低阻态间具有可逆的切换现象，表明其具有较好的电子性能，可用于制作开关或存储器件。
　　(2)利用液/液界面上发生的耦联电荷转移反应制备了CuTCNQ，并探讨了其电化学及电子学性质。由于Cu2+的强亲水性，在现有的支持电解质所构成的电位窗内，在不含有离子载体的情况下无法实现Cu2+的转移。在水/1，2-二氯乙烷(W/1，2-DCE)界面上施加电压，当有机相中TCNQ在HOPG上还原为TCNQ·-，为了维持电中性Cu2+会转移入有机相，在HOPG表面还原并与TCNQ·-结合生成CuTCNQ。扫描电镜表明生长在HOPG表面的CuTCNQ为针状结构，其宽度和长度分别为0.2-0.7μm和3-10μm。以Al和Cu分别为集流体构建简易的全固态电化学电解池，研究了CuTCNQ的电化学性质，得到全固态的循环伏安曲线和Tafel曲线。Tafel曲线结果表明传递系数α和交换电流密度j0的值分别为0.4和2.22×10-6A cm-2，表明该体系具有良好的化学可逆性和稳定性。与AgTCNQ相似，由CuTCNQ制备的电子器件能在高、低阻态间切换，表明该晶体具有较好的开关性能和存储性能。
　　(3)比较CuTCNQ和Ag/AgTCNQ肖特基结纳米材料的固态循环伏安曲线，发现肖特基结的存在可以消除测试中功能材料与集电体之间存在的接触电阻，使Ag/AgTCNQ肖特基结纳米材料具有更好的电化学和电子学性能。通过电化学和电子学性能的比较研究，揭示了TCNQ基的电荷转移复合物的电子学性能的分子反应机理。同时，为了提高纳米材料的器件性能，界面构筑是极其重要的环节。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 液／液界面电化学研究简介

1．2 液／液界面的热力学平衡

1．2．1 Nernst电位

1．2．2 单离子的Gibbs转移能

1．2．3 液／液界面的分类

1．3 液／液界面结构

1．3．1 VN模型

1．3．2 修正的VN模型

1．3．3 混合溶剂层(GS)模型

1．3．4 分子动力学模拟的微观模型

1．4 液／液界面电荷转移反应

1．4．1 电子转移反应

1．4．2 简单离子转移反应

1．4．3 加速离子转移反应

1．5 液／液界面在纳米合成中的应用

1．5．1 液／液界面上纳米材料的电沉积

1．5．2 液／液界面上纳米材料的自组装

1．6 电荷转移复合物

1．6．1 电荷转移复合物的基本概念

1．6．2 TCNQ电荷转移复合物的研究概述

1．6．3 TCNQ金属配合物的光电特性

1．6．4 TCNQ金属配合物的制备方法

1．7 本论文的目的和设想

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验试剂和材料

2．2 电化学实验方法与仪器

2．2．1 电化学方法

2．2．2 电化学实验仪器

2．3 PET膜的处理

2．4 微米口径毛细管的制备

2．4．1 P-2000激光拉制仪

2．4．2 毛细管疏水化处理

2．5 其它仪器

参考文献

第三章 Ag／AgTCNQ肖特基结复合PET膜的制备、表征及性能

3．1 前言

3．2 Ag／AgTCNQ肖特基结纳米材料的制备及反应机理

3．3 Ag／AgTCNQ肖特基结纳米材料的表征

3．4 全固态Ag／AgTCNQ肖特基结的电化学表征

3．5 全固态Ag／AgTCNQ肖特基结纳米材料的存储特性

3．6 本章小结

参考文献

第四章 液／液界面上CuTCNQ的合成、表征及性能测试

4．1 前言

4．2 液／液界面上CuTCNQ的合成

4．3 CuTCNQ的表征

4．4 全固态CuTCNQ的电学特性研究

4．5 全固态CuTCNQ的存储特性研究

4．6 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢