本文選題：氧化石墨烯 + 氨基酸�。� 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：氧化石墨烯(GO)是石墨烯常見的一種衍生物。因為邊緣有著大量的含氧官能團,譬如羧基、羥基、環(huán)氧基等,使得GO在水、乙醇等溶劑里分散性較好。石墨烯或者GO在光電器件上是較有前景的下一代透明導電薄膜。為了得到好的器件性能,電極與活性層要有較好的能級匹配,這樣能夠提高電子或者空穴的傳輸速率。然而,GO的功函數(shù)大約為5.3 eV,石墨烯的功函數(shù)大約為4.7 eV,它們不能與大多數(shù)的活性材料的分子能級匹配。所以,調控石墨烯或者GO的功函數(shù)對于將它應用在光電器件中應用具有重要的意義。在之前的報道中,氨基酸作為一種偶極子已經用來調控銦錫金屬氧化物薄膜(ITO)的功函數(shù),因為它的表面偶極子作用,應用在光電器件里已經取得了較好的性能。本文主要的研究內容是用一種溫和環(huán)保的方法將氨基酸接枝在氧化石墨烯上,旨在改變它的功函數(shù)。主要內容如下:GO通過改良的Hummers方法制得,制備的GO與氯乙酸鈉反應,使得GO邊緣的羥基轉變?yōu)轸然�。羧基化的GO在65°C經過亞硫酰氯(SOCl_2)活化24 h,得到GOCl(酰氯化的氧化石墨烯)。然后GOCl與氨基酸在二甲基甲酰胺(DMF)中于90°C反應24 h,得到氨基酸改性后的氧化石墨烯(GO-AA)。GO或者GO-AA經過一系列的表征手段,表明氨基酸與GO以共價鍵的方式結合得到GO-AA。GO的功函數(shù)為5.3 eV,GO-AA的功函數(shù)被調控到大約為4.0~4.5 eV。然后,將制得的GO-AA與聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯烯磺酸(PEDOT:PSS)復合,該復合物的功函數(shù)都低于4.5 eV。將該復合物的懸浮液懸涂制得大約為20nm厚的薄膜,該薄膜的透光率能達到85%以上,最高電導率能達到1749 S·cm-1。以ITO/GO-AA的薄膜為陰極制得有機太陽能電池,在相同的工藝條件下,ITO/GO-AA做陰極的器件的短路電流密度(JSC)、開路電壓(VOC)、光電轉換效率(PCE)和外量子效率(EQE)較空白對比的器件稍高,說明低功函數(shù)的GO-AA能夠起到提高電子收集速率的作用。尤其是當以ITO/PEDOT:PSS+GO-Cys(半胱氨酸改性的氧化石墨烯)做陰極時制得有機光電探測器,最高探測率能達到5.7×10~(12) Jones,在-0.1 V的偏壓下具有較快的響應速度。這些結果表明,改性的氨基酸將在有機、無機、雜化光電器件里用作透明導電薄膜具有光明的前途。
[Abstract]:Graphene oxide (GOO) is a common derivative of graphene. Because there are a lot of oxygen-containing functional groups on the edge, such as carboxyl group, hydroxyl group, epoxy group and so on, go has good dispersion in water, ethanol and other solvents. Graphene or go is a promising next generation transparent conductive film in optoelectronic devices. In order to obtain good device performance, the electrode and the active layer should have better energy level matching, which can improve the transmission rate of electrons or holes. However, the work functions of go and graphene are about 5.3 EV and 4.7 EV, respectively, which can not match the molecular energy levels of most active materials. Therefore, it is important to regulate the work function of graphene or go for its application in optoelectronic devices. In previous reports, amino acids have been used as a dipole to regulate the work function of indium tin oxide (ITO) thin films because of its surface dipole effect, which has been applied to optoelectronic devices with good performance. The main content of this paper is to graft amino acids onto graphene oxide by a mild environmental protection method in order to change its work function. The main contents are as follows: (1) the reaction of go with sodium chloroacetate was prepared by the modified Hummers method, and the hydroxyl group at the edge of go was transformed into carboxyl group. The carboxylated go was activated by sulfite chloride SOCl2 at 65 擄C for 24 h to obtain GOCl (acylchlorinated graphene oxide). Then GOCl reacted with amino acid at 90 擄C for 24 h to obtain GO-AAN. Go or GO-AA modified by amino acids. The results showed that the work function of GO-AA.GO was regulated to be about 4.0 ~ 4.5eV when the work function of GO-AA.GO was 5.3 EV / GO-AA by covalent bonding of amino acid and go. Then, the GO-AA and PEDOT: PSS were synthesized, and the work functions of the complexes were all less than 4.5 EV. The film with 20nm thickness was prepared by suspension coating of the composite. The transmittance of the film can reach more than 85% and the highest conductivity can reach 1749 S cm-1. Organic solar cells were prepared by using thin film of ITO/GO-AA as cathode. The short circuit current density, open circuit voltage, optoelectronic conversion efficiency and external quantum efficiency of the devices with ITO / GO-AA cathode were slightly higher than those of the blank ones under the same process conditions. It shows that the GO-AA of low power function can improve the rate of electron collection. Especially, when ITO/PEDOT:PSS GO-Cys-modified graphene oxide was used as cathode, the photodetector was prepared. The highest detectivity can reach 5.7 脳 10 ~ (-1) Jones, and the response speed is faster at -0.1 V bias voltage. These results indicate that the modified amino acids will be used as transparent conductive films in organic, inorganic and hybrid optoelectronic devices.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

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本文編號：1840013