主链含联吡啶的共轭聚合物及其钌配合物的合成与表征

摘要

本论文根据聚合物太阳能电池对聚合物光伏材料的要求,综合聚合物太阳能电池和染料敏化太阳能电池的优点,设计合成了两个主链含金属(钌)配合物和空穴传输基团的共轭聚合物光伏材料。通过熔点、1H-NMR、瓜确定了所合成的单体和聚合物的化学结构、并用GPC、TG、UV-vis等方法对它们的相对分子量、热稳定性、光吸收等性能进行了表征。首先合成了一个双官能团含螯合配体联吡啶(bpy)的三苯基磷盐单体和两个双醛基单体,通过Wittig缩合聚合反应分别合成了两个含螯合配体联吡啶的共轭聚合物Pbpy-Ph和Pbpy-Cz,之后通过与Ru配合物反应分别合成了两个含Ru共轭聚合物Pbpy(Ru)-Ph和Pbpy(Ru)-Cz。这两个聚合物都能溶于DMF、THF及CHCl3等常见的极性溶剂。GPC表征结果表明:Pbpy-Ph和Pbpy-Cz的数均分子量分别为2.8×103和1.2×103,分子量分布分别为1.13和1.24。在氮气气氛下TGA表征表明:聚合物Pbpy-Ph、Pbpy(Ru)-Ph在5％失重率时的温度分别为371℃、251℃;Pbpy-Cz、Pbpy(Ru)-Cz在5%失重率时的温度分别为413℃、208℃。UV-vis光谱表明,聚合物Pbpy-Ph在415nm和305nm处有两个吸收峰,分别属于共轭主链和联吡啶的π-π*跃迁吸收,聚合物Pbpy-Cz的两个吸收峰位于373nm和300nm。与Ru配位后,Pbpy(Ru)-Ph和Pbpy(Ru)-cz都在585nm处出现一个新的吸收峰,这是聚合物中的金属-配体电荷转移(MLCT)d-π*跃迁吸收。荧光发射光谱显示,Pbpy-Ph和Pbpy(Ru)-Ph的最大发射波长都在549nm左右,Pbpy-Cz和Pbpy(Ru)-Cz的最大发射波长在440nm左右。但是,由于聚合物中存在有从共轭主链到金属配合物的电荷转移,使共轭主链发射的淬灭现象非常明显,导致含金属聚合物的发射强度比不含金属聚合物的低很多。另外,还设计了一个侧链含金属螯合配体的双醛基咔唑单体,由4-甲基-4’-羟甲基-2,2’-联吡啶和N-(6-溴己基)-3,6-二醛基咔唑通过Williamson醚化反应合成,并通过1H-NMR对各中间体的结构进行了表征。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 文献综述

1.1 太阳能电池概述

1.1.1 太阳的辐射强度和太阳光谱

1.1.2 太阳能电池的定义和工作原理

1.1.3 太阳能电池的输出特性

1.1.4 太阳能电池的分类

1.1.5 太阳能电池的研究进展

1.2 聚合物太阳能电池

1.2.1 聚合物太阳能电池(PVCs)概述

1.2.2 PVCs器件的构造及类型

1.2.3 PVCs领域电子给体材料的研究现状

1.2.4 PVCs领域电子受体材料的研究现状

1.3 含金属聚合物光伏材料的研究现状

第二章 课题的研究思路和内容

2.1 课题的研究思路

2.2 课题的研究内容

2.3 课题的创新点

第三章 原料试剂和仪器

3.1 原料试剂及其精制

3.1.1 原料与试剂

3.1.2 试剂的纯化

3.2 主要实验设备仪器

3.3 主要分析仪器

第四章 单体小分子的合成与表征

4.1 几种单体的合成

4.1.1 合成路线

4.1.2 合成步骤

4.2 结果与讨论

4.2.1 中间体及单体的核磁氢谱

4.2.2 中间体的UV-vis谱图分析

4.3 本章小结

第五章 主链含钉配合物的共辘聚合物的合成与表征

5.1 含金属共轭聚合物的合成

5.1.1 合成路线

5.1.2 合成步骤

5.2 结果与讨论

5.2.1 溶解性

5.2.2 聚合物的相对分子量

5.2.3 聚合物的IR谱图分析

5.2.4 聚合物的热重分析

5.2.5 聚合物的UV-vis分析

5.2.6 聚合物的PL分析

5.2.7 聚合物的循环伏安特性

5.3 本章小结

第六章 侧链含配体单体的设计合成与表征

6.1 侧链含配体成分的咔哇单体的合成与表征

6.1.1 合成路线

6.1.2 合成步骤

6.1.3 中间体的表征

6.1.4 本章小结

结论

参考文献

致谢