以苯乙烯基三苯胺为电子给体模型化合物的合成与性能研究

摘要

在有机太阳能电池研究领域，发展新型有机光电功能材料以提高光电转换效率和稳定性能成为电池研究的一个重点方向，而三苯胺类衍生物因其高的摩尔消光系数，优异的空穴迁移性能和强的给电子能力被广泛应用于此类材料中。
　　本文合成一种4-苯乙烯基三苯胺结构化合物（E）-1-苯基-2（4-N, N’-二（甲基苯基）苯胺基）乙烯（MTPA），证实其能够发生三苯胺到亚苯基的ICT作用。通过向 MTPA上引入氨基、甲氧基、氯基、氰基、硝基和氰基取代丙烯酸，合成了系列化合物。系统性研究了给电子或吸电子取代基引入对MTPA基团 ICT作用的影响，结果表明强吸电子基团（硝基或氰基取代丙烯酸）引入可以使得MTPA基团体现出高强度的、并影响单重激发态衰减途径的ICT作用。
　　通过光诱导电子转移生成长寿命电荷分离态有利于产生合适的光电流。本文将缺电子氮杂环化合物N取代二氯均三嗪（TRC）引入MTPA中，合成了一种新型Donor-Acceptor（D-A）有机半导体分子1-（4-（3,5-二氯三嗪）氨基苯基）-2（4-N,N-二（甲基苯基）苯胺基）乙烯（MTPA-TRC），单重激发态1MTPA*-TRC向TRC基团发生电子转移，所产生电荷分离态MTPA+.-TRC-.寿命为80 ns。
　　接着按照阶梯式能级设计思路，将第二受体氨基乙基氨基蒽醌（AEAQ）引入MTPA-TRC，构建一种Donor-Acceptor1-Acceptor2（D-A1-A2）型双极性有机半导体分子模型4,4’-二甲基-4”-(4-(4-氯-6-(2-(9,10-二氧蒽-1-氨基)乙基氨基)-1,3,5-三嗪-2-氨基)苯乙烯基)三苯基胺（MTPA-TRC-AEAQ）。单重激发态1MTPA*-TRC-AEAQ向TRC基团发生电子转移，接着向AEAQ基团连续电子转移；同时伴随单重激发态 MTPA-TRC-1AEAQ*向 MTPA基团的空穴转移。两种转移途径所产生电荷分离态寿命MTPA.+-TRC-AEAQ.-约为650 ns。
　　将无金属四苯基卟啉基团（HTPP）引入MTPA-TRC，构建一种D-A型双极性半导体分子4,4’-二甲基-4”-(4-(4-氯-6-(4-(10,15,20-三苯基卟啉)苯基)氨基-1,3,5-三嗪-2-氨基)苯乙烯基)三苯基胺（MTPAt-HTPP），其存在单重激发态MTPA基团向基态HTPP基团的空间电子转移而不经过TRC基团，同时伴随单重激发态HTPP基团向基态MTPA基团的空穴转移。但这两种转移途径并未产生长寿命的电荷分离态（寿命小于10 ns）。
　　利用强吸电子性的偶氮基团连接双分子的4-苯乙烯基三苯胺，构建了具有高强度ICT作用和高溶液电导率的模型化合物（E）-二（4-（4-（N，N’-二甲基苯基）氨基-苯基乙烯基）苯基）氮烯（MTPAAZO）和（E）-二（4-（4-（N, N’-二苯基）氨基-苯基乙烯基）苯基）氮烯（TPAAZO），其中MTPAAZO在甲磺酸中溶液电导率（0.01 mol/L）高达106.7 mS/cm。预示着MTPAAZO和TPAAZO在有机光电和导电材料领域可能存在一定的应用潜力。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 有机太阳能电池结构与性能参数

1.3 D-A型有机光电材料于OSC中研究进展简述

1.4 D-A型三苯胺衍生物于OSC中的研究进展

1.5 基于均三嗪、卟啉或蒽醌的D-A型分子模型研究进展

1.6 偶氮苯类化合物结构，合成与性能简介

1.7 论文的研究意义、设计思路及研究内容

第二章 对位取代MTPA系列化合物合成及光电性能研究

2.1 概述

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 D-A1-A2型双极性半导体分子MTPA-TRC-AEAQ的合成与光电性能研究

3.1 概述

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 D-A型双极性半导体分子MTPAt-HTPP的合成与光电性能研究

4.1 概述

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 偶氮基团连接苯乙烯基三苯胺系列化合物合成及光电、导电性能研究

5.1 概述

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

发表论文及科研情况说明

致谢