自導電聚合物被發(fā)現(xiàn)以來,有機半導體材料在近40年得到了迅猛發(fā)展,其中窄帶隙半導體材料具有吸收在紅外區(qū)域、遷移率高和激子束縛能低等特點,其在有機場效應晶體管,有機太陽電池等光電器件領域表現(xiàn)出良好的應用前景。窄帶隙的醌式多環(huán)芳烴(PAHs)和給體-受體(D-A)型半導體是兩類典型的窄帶隙半導體材料。醌式PAHs分子隨著帶隙降低,分子具有開殼的單/三線態(tài)電子結構,其分子內自由基形成的驅動力源自分子芳香性的恢復。然而,D-A型窄帶隙半導體被認為是閉殼的電子結構且分子內的自由基是源自雜質,缺陷,極化子,氧氣摻雜態(tài)等。2017年,本課題組(J.Phys.Chem.C 2017,121,8579-8588)發(fā)現(xiàn)所有有機窄帶隙半導體材料具有醌式-雙自由基結構。基于本小組之前的工作,為了深入研究D-A型窄帶隙小分子內自由基的來源,本論文通過研究分子的電子基態(tài)和自由基形成機理來進一步探討D-A型窄帶隙小分子的本質結構。首先,我們合成一系列基于吡咯并吡咯二酮(DPP)單元的D-A型窄帶隙半導體分子,通過研究其電子順磁共振(ESR)信號強度與分子結構、分子常溫核磁信號的關系表明基于DPP單元的D-A型窄帶隙分...

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 有機窄帶隙半導體材料設計策略概述
    1.3 含有醌式結構的醌式多環(huán)芳烴的性質及應用研究
        1.3.1 窄帶隙醌式多環(huán)芳烴的概述
        1.3.2 窄帶隙醌式多環(huán)芳烴電子基態(tài)的研究
        1.3.3 窄帶隙醌式多環(huán)芳烴的應用
    1.4 D-A結構的窄帶隙分子的性質及應用研究
        1.4.1 D-A結構的窄帶隙分子的概述
        1.4.2 摻雜型自由基研究
        1.4.3 D-A窄帶隙分子自由基及其基態(tài)的研究
        1.4.4 D-A型有機窄帶隙半導體的應用
    1.5 本論文的研究意義、內容及創(chuàng)新之處
        1.5.1 本文研究意義
        1.5.2 本論文的研究內容
        1.5.3 本論文的創(chuàng)新性
第二章 實驗方法與技術
    2.1 引言
    2.2 主要藥品試劑及實驗儀器
    2.3 基本結構表征及測試方法
        2.3.1 常溫¹H核磁測試(¹H-NMR)
        2.3.2 紫外-可見光-近紅外吸收光譜(UV-vis-NIR)
        2.3.3 電化學測試(CV)
        2.3.4 絕對熒光量子產率(PLQY)
    2.4 自由基及磁學性能測試
        2.4.1 變溫¹H核磁測試(VT-NMR)
        2.4.2 電子順磁共振測試(ESR)
        2.4.3 變溫順磁共振測試(VT-ESR)
        2.4.4 超導量子干涉測試(SQUID)
        2.4.5 磁滯回線測試(M-H)
        2.4.6 質子激發(fā)X射線熒光分析(PIXE)
    2.5 X射線晶體衍射及理論計算
        2.5.1 X射線晶體衍射
        2.5.2 理論計算
    2.6 聚集效應實驗
        2.6.1 混合溶劑聚集實驗
        2.6.2 溶劑效應排除實驗
第三章 基于DPP單元的D-A型窄帶隙有機半導體的聚集誘導自由基的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 原料與試劑
        3.2.2 DPP系列分子的合成
        3.2.3 DPP和BT系列分子的合成
        3.2.4 基本結構表征及測試方法
    3.3 材料的基本結構表征
        3.3.1 紫外-可見光-近紅外吸收光譜測試(UV-vis-NIR)
        3.3.2 電化學特性(CV)
    3.4 材料的自由基特性表征
        3.4.1 常溫電子順磁共振(ESR)
        3.4.2 常溫NMR表征及自由基指數(shù)理論計算
    3.5 基于DPP單元的D-A型分子醌式-雙自由基結構的表征
        3.5.1 X-射線晶體解析
        3.5.2 理論計算
    3.6 基于DPP單元的D-A型窄帶隙材料電子基態(tài)表征
        3.6.1 變溫核磁(VT-NMR)
        3.6.2 變溫順磁共振(VT-ESR)
        3.6.3 SQUID表征
        3.6.4 常溫磁化曲線(M-H)
    3.7 聚集態(tài)與自由基信號關系的探究
        3.7.1 溶液聚集態(tài)與自由基信號關系
        3.7.2 聚集誘導自由基機理
    3.8 本章小結
第四章 D-A型給、受體光伏材料的醌式-雙自由基結構的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 試劑與材料
        4.2.2 實驗測試方法
    4.3 D-A型給體自由基性質研究
        4.3.1 給體常溫ESR表征
        4.3.2 BTR的理論計算
        4.3.3 BTR給體的電子基態(tài)的分析
        4.3.4 溶液聚集態(tài)與分子自由基的關系
    4.4 D-A型受體的自由基性質研究
        4.4.1 D-A型受體材料的ESR分析
        4.4.2 IDI和 IDIC受體材料的醌式結構分析
        4.4.3 理論計算
    4.5 給體和受體的自由基特性與器件性能關系的研究
        4.5.1 給體的自由基強度與熒光量子產率的關系
        4.5.2 受體的自由基與PL淬滅熒光關系
        4.5.3 受體的自由基與光伏器件性能的關系
    4.6 本章小結
結論與展望
參考文獻
附錄
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3743731