含苝、芴基团聚酰亚胺的合成及其性能研究

摘要

由于含有电子给-受体结构的聚酰亚胺具有强的吸收及荧光特性、热稳定性、化学及光化学稳定性，因而被广泛用于电子、纳米太阳能电池及生物高新技术领域中。 本文首先以双酚芴为原料制备了9，9-双（4-（4-氨基苯氧基）苯基）芴（BAOFL）二胺单体，采用IR、1H-NMR等手段确认了其结构。并以9，9-双（4-（4-氨基苯氧基）苯基）芴（BAOFL）为二胺单体，3，4，9，10-花四酸二酐（PTCDA）为二酐单体，4，4’-（六氟异亚丙基）二邻苯二甲酸二酐（6FDA）或3，3'4'4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA）为第二种二酐，用高温一步法合成了基于4，4'-（六氟异亚丙基）二邻苯二甲酸二酐（6FDA）和基于3，3'，4，4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA）的含苝、芴基团的聚酰亚胺三元共聚物，分别简称为PBFPx和PBBPx系列。采用瓜IR、1H-NMR、GPC、XRD等方法对合成的聚合物进行了表征，证明其为聚酰亚胺。随后对其溶解性、热稳定性、光物理性质和电化学性质作了进一步的研究。结果表明，所得到的聚酰亚胺可以溶解在多种常见有机溶剂中；具有良好的热稳定性；紫外-可见吸收光谱在200-600 nm的波长范围内均有280（苯环和酰亚胺基团的吸收），308（芴部分的吸收），460，490，528 nm（苝部分的吸收）的多重峰；荧光光谱上用激发波长490 nm光激发时均在535，576和620 nm处，出现强度依次递减的三个发射峰；循环伏安曲线表明随着苝含量的增加，聚酰亚胺的恒电流有所增加，且具有良好的电化学稳定性。 最后通过丝网印刷和450℃热处理后制备了纳米晶TiO2薄膜电极，通过浸泡的方法制备了聚酰亚胺染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池。借助自制模拟太阳光测试系统，测定了PBFPx和PBBPx染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的电池性能，得到了染料敏化太阳能电池的I-V曲线。结果表明，在AM=1．5的条件下，最大的光电转换效率可达到0．02358％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 有机光电导体简介

1.1.1 有机物光电导机理

1.1.2 有机光电导体的种类

1.2 含苝聚酰亚胺的应用

1.2.1 苝聚酰亚胺荧光探针和气敏传感器

1.2.2 苝酰亚胺超分子开关

1.2.3 苝聚酰亚胺光致电荷转移和电荷分离

1.2.4 苝酰亚胺衍生物在生物学领域中的应用

1.2.5 苝酰亚胺在敏化纳米晶太阳能电池中的应用

1.2.6 含苝染料在有机EL发光材料中的应用

1.3 聚芴类衍生物的应用

1.4 可溶聚酰亚胺链结构设计

1.5 本文的主要内容和目的

第二章 基于4,4'-(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸二酐(6FDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBFPx)的合成及表征

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2.1 原料与试剂

2.2.2 原料纯化及试剂的精制

2.2.3 单体9,9-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)芴(BAOFL)的合成

2.2.4 基于4，4'-(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸二酐(6FDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBFPx)的合成

2.2.5 基于4，4’-(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸二酐(6FDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBFPx)的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 单体9,9-双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)芴(BAOFL)的结构

2.3.2 基于4，4'-(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸二酐(6FDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBFPx)的结构

2.3.3 PBFPx的分子量和分子量分布

2.3.4 PBFPx的溶解性

2.3.5 PBFPx的热稳定性

2.3.6 PBFPx溶液状态下紫外-可见吸收光谱

2.3.7 PBFPx溶液状态下荧光光谱

2.3.8 PBFPx的伏安特性曲线

2.4 本章小结

第三章 基于3，3'，4，4'-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺的合成和表征

3.1 引言

3.2 实验方法

3.2.1 原料与试剂

3.2.2 原料纯化及试剂的精制

3.2.3 基于3，3’，4，4'-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBBPx)的合成

3.2.4 基于3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBBPx)的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 基于3，3'，4，4'-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)的含苝、芴基团聚酰亚胺(PBBPx)的结构

3.3.2 PBBPx的分子量和分子量分布

3.3.3 PBBPx的溶解性

3.3.4 PBBPx的热稳定性

3.3.5 PBBPx溶液状态下紫外-可见吸收光谱

3.3.6 PBBPx溶液状态下荧光光谱

3.3.7 PBBPx的循环伏安曲线

3.4. 本章小结

第四章 含苝、芴基团聚酰亚胺光电性能研究

4.1 引言

4.2 染料敏化太阳能电池的制备

4.2.1 TiO2浆料的制备

4.2.2 TiO2薄膜的制备

4.2.3 染料敏化电极的制备

4.2.4 电池的组装

4.3 电池性能测试与表征方法

4.3.1 模拟太阳光

4.3.2 I-V 曲线测定

4.4 含苝、芴基团聚酰亚胺染料敏化太阳能电池的J-V曲线

4.5 含苝、芴基团聚酰亚胺染料敏化太阳能电池的工作原理

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢