噻吩类光电材料的研究进展
噻吩类新型电致发光材料的能级结构及光电性能研究
噻吩类新型电致发光材料的能级结构及光电性能研究1肖英勃，祁争健，孙岳明，虞婧，何艳芳东南大学化学化工学院，南京（211189）摘要:用循环伏安法测试了一系列噻吩类聚合物和单体的氧化还原电位，确定了系列化合物的能级结构。
比较了主链上不同取代基团及形成共聚物对聚合物能级和光电性能的影响，为高性能发光器件的制作提供了依据。
结果表明，随着噻吩环3位取代烷基碳链增长，单体带隙减小；形成聚合物有利于降低带隙；通过共聚方式引入聚合物主链的噁二唑吸电子基团可以改进其电子传输性能。
关键词:噻吩；循环伏安；电致发光；能级中图分类号：06461. 引言具有共轭结构的电致发光材料是近来的研究热点之一，主要有聚噻吩类，MEH-PPV类，聚芴类物质等。
此类物质的发光器件一般为“三明治”结构，分为电子传输层，空穴传输层和发光层。
在外加电场作用下，电子和空穴分别从各自的传输层注入发光层，复合形成激子，激子衰减，产生发光现象[1,2,3]。
噻吩类物质由于具有发光性能优良，起电电位低，发光颜色容易控制，在溶剂中溶解度较高，容易调整规整度，合成难度较低等优点而备受关注 [4,5,6]。
电致发光材料的HOMO轨道和LUMO轨道的能级，带隙等参数对于分析发光效率及量子效应，预测和调整器件结构性能有非常重要的作用。
上述参数的常用测量方法有理论计算法，电化学测试法，紫外－可见吸收光谱法等，其中电化学方法因精度高，操作简单，得到广泛应用[7,8]。
循环伏安法测量精确快捷，结果易于分析，因此本文使用循环伏安法作为主要研究手段。
本文采用循环伏安法测试了一系列3－正烷基取代噻吩单体和相应的聚合物及3－正烷基取代噻吩与噁二唑共聚物的氧化还原电位，结合紫外－可见吸收光谱数据，确定了化合物的能级结构和带隙，研究了各种取代基团对主链能带结构的影响，比较了共聚物与均聚物的能带结构异同，为高性能发光器件的制作提供了依据。
2. 实验部分2.1 实验药品和仪器电化学工作站（CHI660B型），上海辰华仪器有限公司出品。
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》范文
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》篇一聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究一、引言随着科技的飞速发展，可再生能源的开发与利用已经成为人类面临的重要课题。
太阳能电池作为一种清洁、高效的能源转换设备，受到了广泛的关注。
聚3-己基噻吩（P3HT）与纳米碳复合薄膜在太阳能电池中的应用，因其在提高光电转换效率和稳定性方面的优异性能，成为研究的热点。
本文将重点探讨聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜在太阳能电池中的应用及其稳定性研究。
二、聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜概述聚3-己基噻吩（P3HT）是一种共轭聚合物，因其良好的光电性能和稳定性，在有机太阳能电池中得到了广泛的应用。
而纳米碳复合薄膜具有优异的导电性能、良好的机械性能和化学稳定性，将二者结合起来可以显著提高太阳能电池的性能。
三、聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的制备制备聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池，首先需要制备出高质量的P3HT纳米碳复合薄膜。
这通常涉及到溶液加工、旋涂、热处理等步骤。
然后，将此薄膜应用于太阳能电池的活性层，通过电极的制备和封装等步骤，完成太阳能电池的制备。
四、稳定性研究稳定性是太阳能电池的重要性能指标之一。
本文从以下几个方面对聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性进行研究：1. 光照稳定性：通过长时间的光照实验，观察太阳能电池的性能变化，评估其光照稳定性。
2. 热稳定性：通过高温实验，测试太阳能电池在高温环境下的性能表现，评估其热稳定性。
3. 湿度稳定性：通过湿度实验，观察太阳能电池在湿度环境下的性能变化，评估其湿度稳定性。
4. 循环稳定性：通过多次充放电实验，评估太阳能电池的循环稳定性。
五、实验结果与分析通过上述实验，我们得到了聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性数据。
实验结果表明，该太阳能电池具有良好的光照、热、湿度和循环稳定性。
与传统的太阳能电池相比，其稳定性能有了显著的提高。
有机光电材料研究进展与发展趋势
Frontier Science8有机光电材料研究进展与发展趋势◆邱勇(清华大学，北京100084）摘要：本文综述了有机光电材料的研究进展，及其在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳电池、有机传感器和有机存储器等领域的应用；介绍了清华大学在有机发光技术方面取得的进展。
关键词：有机光电材料，有机发光二极管，有机场效应晶体管，有机太阳电池中图分类号：O62; O484 文献标识码：A0 前言有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。
有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。
与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。
此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。
有机光电材料与器件的发展也带动了有机光电子学的发展。
有机光电子学是跨化学、信息、材料、物理的一门新型的交叉学科。
材料化学在有机电子学的发展中扮演着一个至关重要的角色，而有机电子学未来面临的一系列挑战也都有待材料化学研究者们去攻克。
1 有机发光二极管有机电致发光的研究工作始于20纪60年代[1]，但直到1987年柯达公司的邓青云等人采用多层膜结构，才首次得到了高量子效率、高发光效率、高亮度和低驱动电压的有机发光二极管（O LE D）[2]。
这一突破性进展使OLED 成为发光器件研究的热点。
与传统的发光和显示技术相比较，OLED 具有驱动电压低、体积小、重量轻、材料种类丰富等优点，而且容易实现大面积制备、湿法制备以及柔性器件的制备。
近年来，OLED 技术飞速发展。
2001 年，索尼公司研制成功13英寸全彩OLED 显示器，证明了OLED 可以用于大型平板显示；2002 年，日本三洋公司与美国柯达公司联合推出了采用有源驱动OLED 显示的数码相机，标志着OLED 的产业化又迈出了坚实的一步；2007 年，日本索尼公司推出了11英寸的OLED 彩色电视机，率先实现OLED 在中大尺寸、特别是在电视领域的应用收稿日期：2010-7-2 修订日期：2010-8-25作者简介：邱勇（1964-），男，清华大学教授、博士生导师，清华大学党委常委、副校长，“国家杰出青年科学基金”获得者，长江学者特聘教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任，国家“十一五”863“新型平板显示技术”重大项目总体专家组组长。
聚噻吩类化合物电致发光材料的研究
聚噻吩类化合物电致发光材料的研究聚噻吩（polythiophene）是一种常见的聚合物材料，由噻吩（thiophene）单元重复连接而成，具有优异的电学、光学性质和导电性。
聚噻吩及其衍生物因其良好的电致发光性能，被广泛应用于有机光电器件领域，例如有机发光二极管（OLED）、有机薄膜太阳能电池（OPV）和场效应晶体管（OFET）等。
在聚噻吩的电致发光机理方面，目前主要有两种理论，即离子对机理和双极子机理。
离子对机理认为，当聚合物在外电场作用下形成极化电荷对时，发光能量由外电场提供，因此发光强度与外电场强度呈线性关系；而双极子机理则认为，发光源是由激子（exciton）的双极子跃迁所形成的，发光强度与外电场强度的平方呈线性关系。
在聚噻吩类化合物电致发光材料的研究方面，近年来主要涉及以下几个方面：1. 结构设计：通过对聚噻吩的结构进行改变，如引入不同的官能团或共轭扩展基团，可以调控聚合物的能带结构、发光颜色和发光强度等性质，以满足不同应用领域的需求。
2. 光谱性质研究：利用吸收光谱、荧光光谱等手段研究聚噻吩材料的光学性质，了解聚合物的能带结构、激子特性和激子跃迁机制等，为进一步优化材料性能提供基础数据。
3. 电学性质研究：通过测量聚噻吩材料的电导率、载流子迁移率等电学性质，了解材料的导电机制和载流子输运特性，为有机电子器件的应用提供理论依据。
4. 材料制备技术研究：发展高效、简单、环保的聚噻吩类化合物制备方法，例如电化学聚合法、化学氧化聚合法、Grignard反应法等，提高材料的产率和质量。
总体来说，聚噻吩类化合物电致发光材料的研究方向比较广泛，除了上述几个方面，还有一些其他的研究方向，例如：5. 量子化学计算：通过量子化学计算方法研究聚噻吩类化合物的电子结构和激子特性等，揭示材料的发光机理和优化材料性能。
6. 稳定性研究：由于聚噻吩类化合物易受光、氧、水等环境因素影响而降解，因此研究如何提高材料的稳定性是一个重要的研究方向。
噻吩T-型Bola化合物的合成及液晶性能研究的开题报告
噻吩T-型Bola化合物的合成及液晶性能研究的开题报告
题目：噻吩T-型Bola化合物的合成及液晶性能研究
一、研究背景
液晶是一种介于固体与液体之间的物质状态，具有一定的流动性和有序性，在现代科
技中应用广泛。
T-型Bola化合物具有分子内自组装能力，能够形成排序凝聚态，具有液晶性质，这种化合物在电子显示、传感器、有机太阳能电池等领域具有广泛的应用
前景。
噻吩作为一种经济、环保、易于合成的含硫杂环化合物，具有很好的光电性能，可以作为制备液晶有机材料的优良基团。
因此，本研究将利用噻吩作为基团，合成具有液晶性质的T-型Bola化合物，并探究其液晶性能及应用前景。
二、研究内容
1. 基于噻吩的T-型Bola化合物的合成
2.通过光谱技术（如1H NMR谱、13C NMR谱、IR谱等）及质谱技术（如LC-MS谱等）对合成产物进行表征和分析。
3. 系统研究所合成噻吩T-型Bola化合物的液晶特性（包括相态、相变温度、形貌等），并对其液晶性能进行评价。
4. 探究其在电子显示、传感器、有机太阳能电池等领域中的应用前景。
三、研究意义
本研究的成果将有助于深入理解T-型Bola化合物的分子自组装行为，探索其在实际应用中的潜在价值。
同时，它可以为分子设计提供新的思路和方法，并为构建高性能电
子材料提供新的途径。
四、预期成果
本研究将合成一系列具有液晶性质的噻吩T-型Bola化合物，并对其液晶性能进行系统研究和评价。
预计可以探究一种新型T-型Bola化合物的自组装性质，为应用领域提供新的材料基础和研究思路。
有机噻吩类衍生物液晶材料的研究进展
ｄｖ ｅ ， ｅｉ ） 通过控制齐聚噻吩的共轭长度， 以发出不 同波长 的光； ｃ 可 ③研究齐聚噻吩作为光 电转换 （ ｌ ｌ ｓａ ｓ １ ｏ ｒｅ）
的物质称 为液晶 （ｑｉ ｃ ｓ ｌ Ｃ ．其主要特征是在一定程度上类似于 晶体 ， １ ｕ ｒ ｔ ， ） ｉ ｄ ｙａ Ｌ 分子呈有序排列 ．而另一方
面 ， 类似 于各 向 同性 的液 体 ， 又 即有 一定 的流 动 性 ．关 于 Ｌ Ｃ的研 究 ， 论 是低 分 子 Ｌ 无 Ｃ还是 高分 子 Ｌ ， 已 Ｃ都 经 非常 的深入 ， 且 Ｌ 而 Ｃ材料 作为 一种 显示 材料 已经得 到 非常广 泛 的应用 ． 有机 噻吩 类衍 生物 包括 齐聚 噻 吩及 其衍 生物 （ 有确 定分 子 量） 聚 噻吩及 其衍 生物 （ 子量 不确 定 ， 具 和 分 但 具有 分 子量 分布 ） 是有 机光 、 ， 电材 料 中非 常重 要 的一 大类 ． 噻吩 是 五元 环 结构 ， 符合 休 克 尔规则 ， 有适 中 具 的能隙 、 宽 的光 谱 响应 、 较 良好 的环 境稳 定性 和 热稳 定 性【 是 一类 性 能优 异 的 ７一 ｎ ， ｒ 电子 系共 轭 光 、 电材 料 ． 本 文从 有 目的地设 计 、 成有 机 噻吩 类衍 生物 Ｌ ， 合 Ｃ 继而 探 索其 作 为 Ｌ Ｃ材料 的应 用 角度 出发 ， 述 了有 机 噻吩 综
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第２ ６卷 第 ４期
２０ 年 ４月 ０８ 文章 编 号 ：０ ４ ３ １ （０ ８ ０ — ０ — ６ １０ — ９ ８ ２０ ）４ ０ ９ ０ ４
苯并噻吩类化合物的合成及其在有机光电器件中的应用研究
苯并噻吩类化合物的合成及其在有机光电器件中的应用研究随着近年来科技的不断发展，光电领域逐渐成为了研究的热点，其中有机光电器件作为一种新颖的光电半导体材料逐渐受到人们的关注。
而苯并噻吩类化合物作为一种有机半导体材料，其在有机光电器件中的应用研究成为了当前研究的热点之一。
本文将介绍苯并噻吩类化合物的合成以及其在有机光电器件中的应用研究。
一、苯并噻吩类化合物的合成苯并噻吩类化合物是一种具有良好电导性质的有机材料，其合成方法主要有以下几种：1. 合成1,4-苯并噻吩将2-丙酮基苯并噻吩和Br2在氢氧化钠存在下反应，获得1,4-苯并噻吩。
2. 合成2,5-苯并噻吩将2-氯基苯并噻吩和苯硼酸在钯催化下反应，获得2,5-苯并噻吩。
3. 合成3,4-苯并噻吩将二苯基二卤代亚烷和噻吩在铜催化下反应，获得3,4-苯并噻吩。
需要注意的是，不同的合成方法会对苯并噻吩类化合物的性质产生一定的影响。
二、苯并噻吩类化合物在有机光电器件中的应用研究苯并噻吩类化合物由于其良好的电导性质和发光性质，在有机光电器件中有着广泛的应用。
苯并噻吩类化合物主要应用于有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OSC）、有机场效应晶体管（OFET）等方面。
1. 苯并噻吩类化合物在OLED中的应用OLED是一种集合了发光二极管和有机化合物技术的新型显示技术。
苯并噻吩类化合物主要应用于OLED中的发光层，通过改变苯并噻吩类化合物的结构，可以调节OLED发光色彩和电致发光亮度。
2. 苯并噻吩类化合物在OSC中的应用OSC是一种将太阳能转化为电能的新型太阳能电池，其使用有机半导体材料作为吸收太阳光的材料。
苯并噻吩类化合物常用于OSC中的电子传输层，可以有效提升OSC的电导性和稳定性。
3. 苯并噻吩类化合物在OFET中的应用OFET是一种基于有机半导体材料的新型场效应晶体管。
苯并噻吩类化合物常用于OFET的电子传输层，可以提高OFET的电流密度和电子迁移率，从而提高器件的整体性能。
新型噻吩-硒吩-吩嗪衍生物的合成、晶体堆积方式及性质研究
新型噻吩-硒吩-吩嗪衍生物的合成、晶体堆积方式及性质研究新型噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成、晶体堆积方式及性质研究导言噻吩和硒吩作为有机导电材料的代表，具有良好的光电性能和化学稳定性。
将噻吩和硒吩与吩嗪结构相融合，形成新型噻吩/硒吩-吩嗪衍生物，对于探索新型导电材料具有重要意义。
本文章将介绍新型噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成方法、晶体堆积方式及其性质研究进展。
一、噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成方法噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成方法主要包括有机合成方法和金属有机化学方法。
1.1 有机合成方法有机合成方法是通过有机合成化学反应合成噻吩/硒吩-吩嗪衍生物。
常用的有机合成方法包括卤代烃取代反应、醇和酸的酯化反应、胺和酸的酰胺化反应等。
例如，可以通过1,4-偶极环加成反应合成目标化合物。
1.2 金属有机化学方法金属有机化学方法是通过过渡金属配合物参与反应合成噻吩/硒吩-吩嗪衍生物。
常用的金属有机化学方法包括氧化铜参与的C-H键活化反应、钯催化的偶联反应、金催化的氢化反应等。
这些金属有机化学方法具有高效、高选择性和高反应活性的特点，可实现对复杂结构目标化合物的合成。
二、噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的晶体堆积方式噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的晶体堆积方式对其光电性能起着重要影响。
一般来说，晶体堆积方式可分为H型堆积、J型堆积和H-J型混合堆积。
2.1 H型堆积H型堆积是指噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的分子沿着某一方向形成有序排列，呈现H型短程有序结构。
H型堆积方式具有较强的π-π相互作用，有助于电子的输运和载流子的传输，因此具有较好的导电性能。
2.2 J型堆积J型堆积是指噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的分子沿某一方向形成有序排列，呈现J型长程有序结构。
J型堆积方式具有较强的穿梭效应，在光电器件中可有效抑制电子与空穴的复合，提高载流子的迁移率。
2.3 H-J型混合堆积H-J型混合堆积是指噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的分子既有H 型堆积又有J型堆积的特征。
导电聚噻吩作为超级电容器电极材料的研究进展_袁美蓉
CN
CN
S
S
S
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CH3
1
2
CH3
CN
CN
S
CN
O
O
S
S
S
3
4
5
图 ２ 低 聚 物 的 结 构 式 ［１３］ Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ［１３］
S
"
S+.
DMT
-e-
Ionicliquid
图３ ＴＰＴ 的结构式［１９］ Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｓｔｒｃｕｔｕｒｅ ｏｆ ＴＰＴ［１９］
Electrochemical Polymerization
PDMT Sn
#
-e-
x
Ionicliquid
S+. +y S+.
Electrochemical Copolymerization
S Sn
Poly(DMT-co-3MT)
S 3MT
!
-eIonicliquid
S+. Electrochemical Polymerization
为主，而聚噻吩既可以 ｐ型 掺 杂 又 可 以 ｎ型 掺 杂 。 ［１］ 本 文 主 要对聚噻吩超级电容器电极材料的研究成果做简要概述。
１ 噻 吩 均 聚 物 类 电 极 材 料
噻吩类聚 合 物 作 为 发 光 材 料 的 研 究 早 已 被 人 们 报 道。 １９９６年 Ｐａｓｑｕｉｅｒ等 在 ［１０］ 电化学电容进 展 国 际 会 议 上 报 道 了 一种Ⅱ型超级电容器，它的 ２个电极分别由聚 ３－氟苯噻吩和 聚噻 吩 构 成。 另 外，Ｍａｓｔｒａｇｏｓｔｉｎｏ 等 也 ［１１］ 在 会 议 上 报 道 了 另一种 既 可 以 ｐ 型 掺 杂 又 可 以 ｎ 型 掺 杂 的 聚 ３，４－双 噻 吩 基 噻吩，并与传统的 活 性 炭 材 料 进 行 性 能 对 比。 随 后，人 们 开 始关注聚噻吩类超级电容器电极材料的研究。
噻吩-硒吩-吩嗪衍生物的合成及性能研究
噻吩-硒吩-吩嗪衍生物的合成及性能研究噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成及性能研究摘要：噻吩和硒吩是两种重要的杂环化合物，具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了噻吩和硒吩与吩嗪结构的相互作用，以及它们的合成方法和相关性能的研究进展。
在合成方法方面，介绍了几种常用的合成路线，包括哌嗪法、金属有机化学反应法等。
在性能研究方面，主要关注了噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的电子传输性质、光学性质和生物活性等。
1. 引言噻吩和硒吩是两种重要的含硫、硒的杂环化合物，具有良好的共轭性和稳定性。
它们以其结构独特性和可调控性，在有机电子器件、太阳能电池、化学传感器等领域具有广泛的应用前景。
吩嗪是一种含有一个氮原子的芳香性化合物，其与噻吩/硒吩的结合能够引入新的性质，进一步拓展了它们的应用领域。
因此，研究噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成及性能对于推动相关领域的发展具有重要意义。
2. 噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的合成方法2.1 哌嗪法哌嗪法是制备噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的重要方法之一。
该方法通过使用硫酸、硝普酮和胺类化合物为原料，在碱性条件下可合成出噻吩/硒吩-吩嗪衍生物。
该方法具有操作简单、反应条件温和的特点，因此在实际应用中得到广泛采用。
2.2 金属有机化学反应法金属有机化学反应法也是制备噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的一种常用方法。
该方法以金属有机化合物为催化剂，在适当的反应条件下催化噻吩/硒吩和吩嗪之间的环合反应，得到所需产物。
该方法具有高效、高选择性的特点，能够合成复杂结构的噻吩/硒吩-吩嗪衍生物。
3. 噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的性能研究3.1 电子传输性质噻吩/硒吩-吩嗪衍生物在有机电子器件中具有良好的电子传输性质。
研究表明，引入吩嗪结构可以调节其能带结构，提高载流子的迁移率和电子传输性能。
此外，通过控制合成方法和材料结构的调控，还可以进一步提高噻吩/硒吩-吩嗪衍生物的电子传输性能。
3.2 光学性质噻吩/硒吩-吩嗪衍生物在光学性质方面也显示出优异的性能。
聚噻吩类导电聚合物的研究进展要点
聚噻吩类导电聚合物的研究进展姓名：丁泽班级：材化12-3学号：1209020302摘要π-共轭聚合物被认为是很有发展前景的材料，因为它拥有独特的光电特性，可以被广泛的应用于太阳能电池（PSCs），电致变色器件，传感器，聚合物发光二极管（PLEDs）等各种领域。
这些电活性与光活性聚合物通常是基于噻吩，吡咯，苯，芴或咔唑等芳环、芳杂环等单元的聚合物。
在大量的电致变色材料中，噻吩类聚合物由于它们的高电子导电性和好的氧化还原特性，以及在可见与红外区域，快的响应时间，显著地稳定性和高的对比率而成为一类重要的电致变色共轭聚合物。
更重要的是，通过聚合物链结构改动，噻吩类聚合物拥有容易的禁带可调性，可展示不同的电致变色特性。
关键词：π-共轭聚合物；电化学聚合；共聚；导电聚合物；一、导电聚合物简介1.1导电聚合物的分类导电高分子材料包括结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类型。
复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的。
该类材料通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。
复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。
结构型（又称作本征型）导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后具有导电性的聚合物材料。
这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供载流子，一经掺杂，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。
如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚对苯撑等均属于结构型导电高分子材料（如图1-1）[1]。
结构型导电聚合物是目前导电聚合物研究领域的重点。
图1-1 常见共轭聚合物结构型导电聚合物根据其结构特征和导电机理的不同又可进一步分为：1) 载流子为自由电子的电子导电聚合物；2) 载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物；3) 以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。
噻吩盘状液晶研究进展
噻吩盘状液晶研究进展赵可清【摘要】液晶半导体材料因为具有自组装有序、自修复缺陷、保留有序度和电荷传输性能、可溶液方式加工成为薄膜电子器件且成本低廉等优点,而广受关注.液晶半导体材料在有机电子器件领域,如:发光二极管、太阳能电池、场效应晶体管、分子传感器等有广阔的应用前景.这些薄膜电子器件性能与其活性成分液晶半导体材料性能密切相关.重点介绍含噻吩单元的盘状液晶和柱状相液晶的分子结构、合成方法、光电性质,及其在薄膜电子器件中的性能.对噻吩盘状液晶未来发展方向进行展望.【期刊名称】《四川师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】16页(P285-300)【关键词】液晶;有机半导体材料;噻吩;盘状液晶;柱状介晶相;荧光;场效应晶体管;电荷迁移速率【作者】赵可清【作者单位】四川师范大学化学与材料科学学院,四川成都 610066【正文语种】中文【中图分类】O174+.6液晶半导体是一类新型的有机半导体材料，在有机电子学领域占有重要的地位．液晶半导体具有独特的性质：在常见有机溶剂中有良好的溶解性，随温度变化可自组装形成有序介晶相，缺陷可自修复，有较高的载流子迁移速率，可通过旋涂或喷墨打印等方式加工成为低成本柔性电子器件，可制成大面积柔性光电子器件［1－6］．目前，液晶半导体材料在有机场效应晶体管（OFETs）［6］、气体分子传感器、有机太阳能电池（OPVs）［7］、有机发光二极管（OLEDs）［4］等高技术领域显示出良好的应用前景［8－11］．液晶半导体根据分子几何形状主要分为棒状液晶半导体和盘状液晶半导体．棒状液晶分子呈长棒形，自组装形成高度有序的层状近晶相，电荷载流子在层内芳核间跃迁传输，是典型的二维液晶半导体材料，在有机场效应晶体管领域的应用上有优异表现［10－11］．盘状液晶分子通常由具有大共轭π电子体系的稠环芳烃及其围绕的多条烃链构成，可自组装成高度有序的六方柱状介晶相（Colh），其电荷载流子迁移速率为0．1cm2·V－1·s－1，与有机大环芳烃单晶、共轭高分子、石墨及无机多晶硅材料性能相当［1］．盘状液晶的自组装和自修复功能使其较其他材料在器件加工工艺、制作成本上有明显的优势，并且在有机光电子学领域作为有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池、高速复印机及扫描仪光导鼓、气体分子传感器、锂离子电池固体电解质等中的应用已经进行了广泛研究，显现出巨大的应用前景．苯并菲盘状向列相（ND）单体和光聚合产物已被Fuji公司开发成为液晶显示屏视角扩展膜，成为盘状液晶第一个商业化产品［1］．研究与开发有实用价值的液晶半导体材料（不同于液晶显示材料），提高其电荷迁移速率是关键．研究发现，液晶分子电子结构、分子间排列紧密程度以及液晶相态结构，与电荷迁移速率密切相关．分子间排列有序度越高，其电荷载流子迁移速率越高．因此，围绕提高迁移率，扩大芳烃共轭体系，用氟原子取代芳核上氢原子改变载流子极性、用噻吩基取代苯环等分子设计手段，可显著改善液晶相稳定性和堆积有序度，提高电荷传输速率，改善材料在空气中的稳定性和器件的使用寿命．盘状液晶的发现距今约40年的历史［12］．以盘状液晶为代表的液晶半导体材料的合成、性能测试，以及器件制作在过去20年取得了显著进展．然而，液晶半导体材料大规模商业化应用仍然面临一些问题和障碍，比如：材料在电子器件中的稳定性、更高的电荷传输速率和器件效率，作为空穴传输的p型半导体材料报道较多，而作为电子传输的n型半导体材料稀缺［13］．就如同5CB（戊基氰基联苯，C5H11－Ph－Ph－CN）向列型液晶化合物的发现宣告了全新的液晶显示时代的到来一样，期待高性能液晶半导体材料的出现会带来全新的科技革命．本文就含噻吩结构的盘状液晶这一主题进行文献综述．首先介绍了噻吩盘状液晶的分子结构、合成方法、自组装相态结构、吸收和发射光谱等光物理性能、电荷传输性能，以及在电子器件中的性能；然后介绍了作者课题组在这一领域的相关工作以及结论和展望．1 噻吩盘状液晶噻吩是重要的杂环芳烃．因为噻吩以及并噻吩稠环芳烃中S原子轨道扩展致使分子间π－π轨道更有效重叠，分子间相互作用增强，载流子迁移速度提高等特点而成为重要的有机半导体材料结构单元，所以含噻吩结构的有机半导体材料合成方法也得到了快速发展［14－15］．作为五元杂环的噻吩，在芳环上具有6个共轭π电子，因此具有较高的电子云密度，这使其具有独特的光学性质和电荷传输的能力．目前噻吩类化合物以其良好的稳定性、可加工性而在电致发光领域的研究与报道比较多，这源于噻吩衍生物的优良的电致发光性能．同样，该类化合物在电导、OLEDs、有机太阳能电池等方面具有良好的应用前景而备受瞩目．因此，近年来越来越多的学者设计合成含有噻吩结构的盘状液晶分子，以期获得具有高电荷传输速率、良好发光性能，以及良好器件加工性能的液晶材料．Tinh等［16－17］合成硫杂吐昔烯衍生物（如图1所示），并对其液晶性进行了详细研究，据报道该系列化合物具有良好的液晶性，在液晶相态时具有盘状向列相、四方柱状相和六方柱状相等多种液晶相转变，介晶相温度较宽．由于该工作报道较早，作者并没有研究材料的半导体性质．图1 硫杂吐昔烯衍生物盘状液晶分子Fig．1 Thio－truxene discotic liquid crystals1997年麻省理工学院Swager教授课题组［18］报道了噻吩并酞菁类盘状液晶化合物DM－1，2和苯并酞菁类盘状液晶化合物DM－3，4（合成路线和化合物结构如图2所示），通过对比发现DM－1，2拥有较低的相转变温度，有更丰富的π电子．在π电子相互作用下，DM－1，2在溶液中容易发生聚集，导致紫外吸收发生蓝移，在核磁谱中有去屏蔽效应．DM－1，2为室温液晶，所有化合物液晶相时呈六方柱状堆积，在电子器件方面具有潜在的应用价值．噻吩并酞菁铜和苯并酞菁铜也呈柱状液晶性，相转变温度更高．2000年英国学者Cook课题组［19］采用苯二氰和噻吩二氰混合原料一步法反应，合成并分离了一系列噻吩并酞菁类化合物（如图3所示）．反应物通过随机组合方式，一步得到多个不同结构的产物．交叉反应显示2，3－二氰基噻吩比3，4－二氰基噻吩更容易反应．通过测试，多数化合物有液晶性，呈柱状相．当把这些化合物制作成均匀的薄膜，在紫外测试下，表现出较宽的吸收范围，在600～800 nm之间．该工作对噻吩并酞菁Ni、Co、Zn、Cu等金属有机盘状液晶分子设计与合成、液晶性进行了比较研究．2010年，加拿大学者Eichhorn等［20］以苯并三噻吩衍生物作为中心核，通过酰胺键连接3个带柔性链的苯环（分子结构如图4所示）．该分子设计的特色是用稠环芳烃三噻吩并苯做刚性核，容易在π－π作用下盘与盘重叠聚集形成柱状；酰胺键在柱内分子间引入氢键，进一步锚定柱状相．结果显示，该材料具有较宽的介晶范围、高的清亮点、呈六方螺旋柱状相和室温液晶．通过TRMC测得电荷传输速率为0．02cm2· V－1·s－1．这一迁移速率主要是电子迁移率的贡献，几乎没有空穴迁移速率的贡献．原因是带酰基的稠环芳核贫电子且距离较近并负责传输电子，而围绕的苯基富电子但距离较远并承担空穴传输责任．量子化学计算结果显示其HOMO轨道在苯环上，LUMO轨道在中心稠环芳核上，这与测试结果一致．另外，用TOF法测试的电子迁移速率是2×10－3 cm2·V－1·s－1，没有测试到空穴迁移速率．图2 噻吩并酞菁类（金属有机）盘状液晶化合物Fig．2 Thiophene－fused phthalocyanine and metal－containing DLCs图3 噻吩并酞菁（金属有机）盘状液晶化合物分子设计与合成Fig．3 Molecular designing and synthesis of thiophene－fused Pc metallomesogens图4 苯并三噻吩盘状液晶半导体分子结构与合成方法Fig．4 Semiconducting benzotrithiophene H－bond discotic liquid crystal2011年东京大学Kato课题组［21］合成了一系列螺旋形的π－π共轭分子（如图5所示），该分子是由中间缺电子的三嗪和外围富电子噻吩、咔唑直接偶联构成，从而实现具有双极性电荷传输的液晶材料的构建．3组电子供体（Donating）连接电子受体（Accepting）形成电活性8级π共轭结构．这类分子通过自组装，形成柱状，通过飞行时间测试（TOF）证明这类分子具有电子和空穴双载流子传输能力．这种设计让电子供体和电子受体的电活动部分单独存在每个形成的分子柱中，使其在一维纳米结构中具有精确的电子调谐功能．分子的电化学性质通过循环伏安测试和理论计算．文献［21］提供了一个新的指导方针和灵活的对双极性导电纳米液晶材料的设计方法．在液晶性方面，该类化合物均呈现六方柱状相堆积，且为室温液晶．图5 分子内D－A结构的三嗪－噻吩星型盘状液晶：分子结构与柱状堆积Fig．5 Star－shaped DLCs with triazine－thiophene as the core：molecularstructures and the supramolecular columnar and 2Dhexagonal columnar packing2013年东京大学Takuzo Aida课题组［22］成功合成螺旋桨型化合物F9T的3个异构体（如图6所示）．分子中9个硫原子的影响使得该系列分子不是平面结构，而是空间存在扭曲现象．3个分子中只有F9Tendo有液晶性，为六方柱状相．在液晶态时F9Tendo盘状分子之间硫原子与硫原子相互接触，使得分子沿着柱轴呈三螺旋的几何形状发展堆积形成柱状．F9Tendo显示出非常高的电荷传输速率，达到0．18cm2·V－1·s－1，有着明显的双极性和比较均衡的空穴和电子迁移率．通过混合F9Tendo与可溶性富勒烯衍生物PCBM制备形成薄膜，测试显示出光伏响应，在有机太阳能电池中有潜在应用．图6 螺旋桨型并噻吩化合物及其同分异构体Fig．6 Propeller－shaped thiophene－fused DLCs2015年印度学者Gupta等［23］通过苝四酸酐为原料，合成了一系列苝［1，12－b，c，d］噻吩四酯类化合物RG－1～4（如图7所示）．该类化合物显示出宽的介晶范围，呈六方柱状堆积，并且表现出良好的垂直取向的液晶相，是在器件应用上重要的性质之一．在发光方面，在长波长紫外光照射下，该类化合物在溶液中发天蓝色光．因为其良好的溶解性和较高的发光量子效率，可以作为测量未知化合物量子效率的基准物质．通过循环伏安研究显示，硫原子引入降低了化合物的HOMO和LUMO能级．根据化合物的光物理属性和自组装行为，它们在制造有机电致发光器件方面具有潜在的价值．图7 噻吩并苝四酯盘状液晶：合成与荧光性质Fig．7 Thiophene－fused perylene tetraester DLCs：synthesis and photoluminescence新加坡Chi课题组［24－25］报道了分别以苯并菲和含氮吐昔烯为核、外接烷基噻吩和烷基二噻吩衍生物的盘状液晶及其噻吩氧化并环体系（如图8）．所有分子都表现出较强π－π键之间相互作用，特别是关环产物TTP－C和TAT－T－C，在室温显示为柱状液晶相，均具有较宽的介晶范围和较高清亮点，这是因为具有较大的共轭芳香结构以及受到短聚噻吩臂的影响所致．其中TTP－C和TAT－T－C 因为噻吩的原因具有丰富的共轭π电子云，以及良好的分子共平面结构，使其在溶液和固体中都表现出明显的聚集作用．在变浓度核磁测试中表现出去屏蔽效应，分子芳基氢峰随着浓度的增加向高场移动，将它们制成薄膜，并进行紫外吸收光谱测试时，相对于未关环的分子，关环分子最大吸收峰明显蓝移．良好的溶解性、稳定性以及高度有序性，使得这类分子在有机电子器件，如场效应晶体管方面具有潜在应用价值．图8 噻吩苯并菲和噻吩并含氮吐昔烯盘状液晶Fig．8 Thiophene－fused triphenylene and Aza－Trxene DLCs2011年Chi课题组报道［26］以四溴萘四酸二酰亚胺为原料，通过与噻吩锡试剂Stille偶联，再用三氯化铁氧化脱氢关环，合成了TT－TDI化合物（如图9所示）．通过研究得知该化合物具有较低的能隙，仅为1．52eV，并具有两性氧化还原行为；同时该化合物显示出液晶特性，在薄膜场效应晶体管中显示出电子和空穴传输特性．2010年韩国学者Hoang等［27］报道了以苯并菲为核心通过炔桥连苯基噻吩的盘状液晶化合物（分子结构与合成路线如图10所示）．化合物呈现柱状向列相液晶（NCol）．分子易溶于普通有机溶剂，并且表现出自组织成平行于基底的单轴取向有序长纤维结构．与先前报道的苯并菲衍生物不同，该分子具有相对较低的带隙能量（E g＝2．53eV），这一特点使其在有机电子和光电子领域有应用潜力．图9 萘二酰亚胺－并四噻吩盘状液晶Fig．9 Naphthalenediimide－fused thiophene DLC图10 炔桥连苯基噻吩苯并菲星型盘状液晶Fig．10 Star－shaped triphenylene－thiophene DLCs2012年 Mullen课题组［28］用Suzuki偶联和氧化环化合成了六噻吩并蔻（HTCs），分子结构与合成方法如图11所示．四己基取代和四（十二烷基）取代HTCs，后者在室温显示柱状液晶相，有宽的介晶温度范围，因此可以潜在应用于有机电子器件中．HTCs比已知的其他环化噻吩有更强的供电子能力，但不容易从气相沉积为优质薄膜．因此，真空气相沉积薄膜晶体管仅有场效晶体管，迁移率为0．002 cm2·V－1·s－1．2016年东京大学Kato课题组［29］设计并合成了以芘为中心的X形分子，周围与4个噻吩－噻吩－苯基连接，末端连接有8条或12条烷氧基柔性链（如图12）．这些X形分子自组装为柱状相室温液晶，有宽的介晶温度范围．X线衍射分析显示柱状相为六方、四方、矩形柱状堆积．飞行时间测试（TOF）显示这类材料有较低的空穴迁移率，为10－4～10－5 cm2·V－1·s－1，有8条柔性链的化合物显示出力致变色荧光特性，文献对其变色机制进行了研究．芘化合物与月桂酸酰肼形成的液晶凝胶电荷迁移速率有所提高．图11 六噻吩并六苯并蔻盘状液晶：合成路线Fig．11 Hexa－thiophene－fused coronene DLCs：synthesis2014年日本学者Hirose等［30］报道了通过1，6－二乙炔芘与2－溴噻吩衍生物Sonogashira偶联反应，构建新型多柔链液晶分子（如图12所示）．XRD测试结果显示化合物具有近晶相、矩形和六方柱状相．柔性链C8～C16化合物为矩形柱状堆积；柔性链为C18时，为六方柱状堆积．柔性链长度决定了其液晶相态．图12 四芳基取代和二芳基取代芘柱状相液晶：分子结构与力致变色原理Fig．12 Pyrene－thiophene columnar LCs：molecular structures，and colour－change mechanism2014年美国学者 Walba课题组［31］设计合成了以六苯并蔻（HBC）为核心和6个烷基－三唑－四－3－己基噻吩的新型液晶（分子结构与合成路线如图13所示）．合成关键步骤是叠氮基HBC与1－炔基－四－3－己基噻吩的点击偶联．该HBC衍生物在一个很宽的温度范围自组装成稳定的六方柱状液晶相且是室温液晶．而介晶性取向可以通过施加外电场来控制，并且在外电场消失后该分子取向仍然保持，这种转换本质上是电介质的转换，并且介晶相具有正的介电各向异性，使得ITO－玻璃单元中极易清洁的垂直取向容易获得．并且，这种基于HBC的液晶材料，可以在大面积薄膜器件领域找到应用．图13 六苯并蔻为核寡聚噻吩围绕的新型盘状液晶：外电场调控超分子柱取向Fig．13 HBC－oligo－thiophene DLCs by click chemistry：electrical－field controlling column orientation图14 噻吩并萘酞菁锌金属有机盘状液晶：分子结构与合成路线Fig．14 Thiophene－fused Pc－Zn DLCs：molecular structures and synthesis 2016年日本学者Kimura等［32］合成了自组织二维纳米结构的多环芳烃分子（分子结构与合成路线如图14所示）．这种通过非共价键相互作用在有机电子和光电子器件的发展非常重要．文中设计合成的2种噻吩并锌萘酞菁ZnTNendo和ZnTNexo是很好的光电活性液晶材料．由于分子间的π－π相互作用及芳族核和外围侧链之间局部的相分离，这2种化合物有很宽的柱状介晶相范围，且为室温液晶．通过飞行时间测试（TOF）证明ZnTNexo显示出良好的平衡双极载流子（电子和空穴）传输行为，载流子迁移率约为10－2cm2·V－1·s－1．值得注意的是该酞菁成环反应产率较高，达到了50%．2 空心盘状化合物2011年德国学者Höger课题组［33］合成和研究了六边形大环中空盘状液晶化合物（如图15所示），与该课题组先期报道的化合物相比，由大三角形环扩展到六边形大环，对于三角形大环分子的自组装成柱状相和N相取决于间隔亚苯基和芳基部分．而该大环化合物由于分子间π－π相互作用自组装更有序，相态为分子重叠形成六方柱状相和矩形柱状相，通过XRD和STM观察到该化合物有空螺旋形纳米通道形成．固态核磁谱显示空腔中不含有溶剂和烷基链．图15 含噻吩六边形大环空心盘状液晶化合物结构式Fig．15 Empty helical nanochannels formed by thiophene－fused macrocycle2012年英国学者Cammidge等［34］报道了噻吩双桥连苯并菲盘状液晶二聚体（如图16所示）．合成的盘状二聚体分子，用热台偏光显微镜可以观察到明显的盘状向列相丝状织构．由于构建的大环桥连穿过苯并菲3，6位形成中空区域，这有效降低了盘状分子间π－π相互作用，这是导致盘状二聚体向列相行为特征的主要因素．这可能是一个形成盘状向列型液晶的通用策略．二聚体化合物用380nm 光激发，在500nm处发光．由于共轭噻吩单元的富电子特性、发光性能、电荷传输特性、自修复性和向列相液晶固有的易取向等特征，该文报道的噻吩单元桥接的盘状液晶二聚体是一类有趣和重要的有机光电功能材料，可能在光学补偿膜有潜在应用价值．加拿大学者Sutherland等［35］通过噻吩金属化，与对烷氧基苯甲醛反应，再与吡咯缩合、氧化，简便合成了结构新颖的21，23－二硫代卟啉衍生物（分子结构与合成方法如图17），其自组装成柱状介晶相．该二硫化卟啉吸收光谱在400～800nm，在465和670mV出现稳定的2个可逆电化学氧化还原反应，具有电致变色现象．合成的二硫化卟啉化合物稳定性好，氯仿溶液旋转浇铸形成的薄膜约为60nm，薄膜经阻后薄膜仍然稳定且导电性提高4个数量级．光谱强吸收性、稳定的氧化还原性能、自组装液晶性使这些二硫化卟啉作为有机电子供体材料，在电子器件中有潜在应用．图16 噻吩桥连苯并菲盘状液晶二聚体：分子结构、向列相堆积与光学织构Fig．16 Thiophene－linked triphenylene twins：molecular structures，packing and optic texture of nematic discotic phase图17 含噻吩单元的卟啉N2S2盘状液晶：合成与光学织构Fig．17 Dithiaporphyrin N2S2discotic liquid crystals：synthesis and optic texture 3 作者课题组工作2017年，Zhao课题组［36］将噻吩通过Suzuki偶联反应引入苯并菲中，再通过FeCl3氧化关环，得到含噻吩结构的盘状液晶分子（如图18）．氧化关环前后化合物都具有液晶性，关环后的化合物液晶范围拓宽，这是由于关环之后，分子的共轭体系增大、平面性增强，分子间相互作用增强所致．合成的14个芳基取代苯并菲中12个化合物有柱状液晶相，吸电子芳烃导致清亮点温度升高，富电子芳基取代清亮点降低．氧化环化反应对芳烃电子效应敏感：富电子芳烃易于环化，贫电子体系环化较困难．图18 噻吩并苯并菲盘状液晶：分子结构与合成Fig．18 Thiophene－fused triphenylene discotic liquid crystals：molecular structure and synthesis苯并噻吩（BTBT）衍生物具有大于10cm2·V－1·s－1的创纪录高的晶相场效应晶体管电荷迁移速率．将优异的半导体性质与盘状液晶自组装柱状相结合，可望产生性能优异的光电材料．Zhao课题组［37］在2018年对此进行了报道（分子结构与合成路线如图19a和19b）．合成分为2条路线，四溴并二噻吩与芳基硼酸进行Suzuki偶联然后氧化并环；溴代联苯与并二噻吩Suzuki偶联，然后与富电子联苯分子间氧化并环．前一路线较简短，但后一合成路线有开发合成不对称盘状液晶体系的潜力．四芳基并二噻吩D2～D5没有液晶性，并环体系M1－M5显现出高的熔点和清亮点温度，液晶相温度宽．X线研究显示相态为六方柱状相柱内分子呈倾斜π－π堆积．TOF技术测试结果显示，化合物D4显示出平衡的电子和空穴迁移能力，速度为10－3 cm2·V－1·s－1．荧光测试显示化合物在溶剂中发光波长在400～500nm之间，发蓝光．氧化前D系列化合物溶液的发光量子产率在10%左右，氧化后M系列化合物量子产率提高到20%．图19 a 二维结构的BTBT柱状相液晶：分子结构与合成路线Fig．19a 2DBTBT－containing liquid crystals：synthesis图19 b BTBT DLCs化合物相图、相态XRD衍射图和化合物柱状相堆积模型Fig．19b BTBT DLCs：phase diagram，XRD，molecular packing in columnar mesophaseZhao课题组［38］还设计合成了系列单芳基取代苯并菲、二芳基取代苯并菲、三芳基取代苯并菲，研究显示化合物具有柱状液晶性，溶液发光量子产率高，可作为OLED空穴材料和蓝光发光材料．盘状液晶构建通过易得的羟基苯并菲为原料，通过三氟甲磺酸酯活化，再与商品化试剂芳基硼酸进行Suzuki偶联，合成产率高．Zhao课题组［39］合成了噻吩取代苯环的苯并菲，或者叫做硫代苯并菲．由于该化合物只有4条烷基柔链而不能形成柱状液晶相．当用过量氧化剂时，形成盘状二聚体，该二聚体有稳定的六方柱状相，TOF空穴迁移速率为10－2～10－3cm2·V－1·s－1，作为液晶半导体材料有潜在应用价值．此外，该课题组设计合成了一系列以苯并菲为基元的盘状液晶化合物（如图20）．将盘状液晶基元苯并菲与苝、芴通过柔性链或者直接σ键连接，获得结构新颖的三联体，有丰富的超分子自组装相态，在溶液光致发光、电子和空穴传输方面表现出优异的性能．分子的刚性和分子内旋转构象，以及周围柔性链长度等因素对液晶相态和温度有决定性影响．分子构效关系对下一代液晶半导体材料分子设计具有指导意义［40－42］．4 结论与展望综上所述，噻吩与主要的盘状液晶基元进行了成功的融合：苯、三嗪、萘、苯并菲、含氮和含硫吐昔烯、苝、芘、六苯并蔻、卟啉、酞菁．出现的相态包括盘状向列相、柱状向列相、六方柱状相、四方柱状相、矩形柱状相．对其半导体电荷迁移速率、荧光发光量子效率、场效应晶体管性能、外电场作用下柱相堆积取向调控等进行了研究．作为盘状液晶半导体材料这一学科分支取得了显著的进展．我们认为，如何获得空气中稳定、电子和空穴迁移速率达到1～10cm2·V－1·s－1的液晶半导体材料，进一步探究含噻吩盘状分子－液晶相态结构－材料性能之间关系，以及材料在薄膜器件中的应用，是该领域未来研究的重点．认为创新性地在以下领域图20 Zhao课题组近期报道的盘状液晶分子结构式［36－42］Fig．20 Discotic liquid crystalline semiconductors reported by Zhao group［36－42］开展研究工作值得期待：1）设计并高效合成结构新颖、含噻吩单元的盘状液晶化合物，研究其自组装相态结构与电荷迁移率；2）合成强吸电子基取代的苯并噻吩并［3，2－b］苯并噻吩（BTBT）衍生物，研究其介晶相态以及作为n型液晶半导体的电子传输性能与薄膜晶体管器件性能；3）研究噻吩刚性桥连盘状液晶基元层状柱状相及其半导体性质；4）合成主链型聚（联二噻吩和并二噻吩－盘状液晶基元）共轭高分子盘状液晶，考察其自组装相态与半导体性质；5）筛选出性能优异的小分子和高分子液晶半导体材料，研究其在有机场效应晶体管、太阳能电池、分子传感器等薄膜器件中的应用．基于对研究结果分析总结基础上，逐步绘出“含噻吩盘状分子结构－自组装超级结构－电荷迁移率－器件性能”关系图，该关系图对噻吩液晶半导体材料科学的发展具有重要意义．将高迁移率的液晶半导体材料应用于有机场效应晶体管和太阳能电池等薄膜电子器件研究开发，评估器件性能，这一领域的研究工作对材料科学和有机电子学的发展将有重要学术意义和应用价值．致谢日本产业技术综合研究所Yo Shimizu博士、Hirosato Monobe博士，以及法国国家科学研究所和斯特拉斯堡大学Bertrand Donnio博士对本项目给予了合作与支持，谨致谢意．参考文献。
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》范文
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》篇一聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，太阳能电池作为一种清洁、高效的能源转换设备，其发展与应用日益广泛。
聚3-己基噻吩（P3HT）和纳米碳复合材料因其良好的光电性能被广泛应用于太阳能电池中。
然而，太阳能电池的稳定性问题一直是制约其大规模应用和商业化的关键因素。
因此，对聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性进行研究，对于提高太阳能电池的性能和使用寿命具有重要意义。
二、聚3-己基噻吩与纳米碳复合材料聚3-己基噻吩（P3HT）是一种共轭聚合物，具有优异的光电性能和良好的环境稳定性，是制备太阳能电池的理想材料。
纳米碳复合材料，如碳纳米管（CNT）和石墨烯等，因其独特的电学、光学和机械性能，也被广泛应用于太阳能电池中。
将P3HT与纳米碳复合材料相结合，可以进一步提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
三、稳定性研究方法为了研究聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性，我们采用了多种方法。
首先，通过制备不同比例的P3HT与纳米碳复合材料的薄膜，并对其光电性能进行测试，以评估材料的性能。
其次，将制备的太阳能电池置于不同环境条件下，如高温、高湿、光照等，以模拟实际使用环境，观察其性能变化。
最后，通过电化学阻抗谱（EIS）等测试手段，进一步了解电池内部阻抗、电荷传输等性能的变化。
四、实验结果与讨论1. 不同比例的P3HT与纳米碳复合材料薄膜的性能比较：随着纳米碳含量的增加，薄膜的光电转换效率有所提高。
当P3HT 与纳米碳的比例达到一定值时，薄膜的性能达到最优。
2. 环境因素对太阳能电池稳定性的影响：在高温、高湿、光照等环境下，太阳能电池的性能均有所下降。
然而，P3HT与纳米碳复合材料制备的太阳能电池相比纯P3HT太阳能电池具有更好的稳定性。
这主要是因为纳米碳材料具有良好的环境稳定性，能够提高太阳能电池的抗老化性能。
基于噻吩或噻吩并芳基单元的D-A型小分子和聚合物光伏材料的合成及性能研究
基于噻吩或噻吩并芳基单元的D-A型小分子和聚合物光伏材料的合成及性能研究经济社会的发展离不开能源,在化石能源日益匮乏和环境亟待保护的双重制约下,能源和环境问题已成为全球急需解决的重点和难点问题。
太阳能具有取之不尽、用之不竭,安全、无污染、没有地域限制等优势,已成为世界各国新能源研究的热点。
其中,将太阳能转换成电能的太阳能电池技术是近年来世界各国太阳能开发与应用的重点研究方向。
有机太阳能电池（OSCs）由于具有材料选择范围宽、结构易调节、制备工艺简单、器件易大面积柔性化等优点,已成为太阳能电池研究与发展的主要方向,并获得飞速的发展。
本论文简单阐述了有机太阳能电池的发展历程,系统地归纳了有机小分子和聚合物给体材料以及非富勒烯受体材料的研究现状。
针对目前有机太阳能电池高转化效率给体材料种类有限、分子结构与性能之间的关系尚不清晰等问题,设计合成了系列基于噻吩或噻吩并芳基单元的D-A型有机小分子和聚合物太阳能电池给体材料,并表征了有机小分子光伏给体材料和聚合物单元的分子结构,研究了目标光伏材料的光物理、电化学、电荷传输性能,利用理论计算模拟了目标化合物的分子结构和轨道能级,研究了目标光伏材料在溶液加工型本体异质结太阳能电池器件（OPV）中的光伏性能。
揭示了分子结构与材料光伏性能的关系,筛选获得了性能优良的给体小分子和聚合物材料。
本论文的研究内容如下:1)设计合成了基于吡咯并吡咯二酮（DPP）与噻吩并吡咯二酮（TPD）双受体单元、具有D（A-A’）<sub>2</sub>结构的有机小分子给体材料。
通过对比相应只含强受体DPP单元的A-D-A型小分子,系统地研究了弱受体单元TPD的引入对小分子光谱吸收、电化学能级、分子平面性以及光伏性能的影响。
其中D（A-A’）<sub>2</sub>型分子具有更宽的光谱吸收、更低的LUMO能级。
基于BDTT（TPD-DPP）<sub>2</sub>小分子光伏器件的光电转换效率（PCE）达到了4.25%,短路电流(J<sub>sc</sub>)为10.08 m A/cm<sup>2</sup>。
聚噻吩类导电聚合物的研究进展
聚噻吩类导电聚合物的研究进展姓名：丁泽班级：材化12-3学号：1209020302摘要π-共轭聚合物被认为是很有发展前景的材料，因为它拥有独特的光电特性，可以被广泛的应用于太阳能电池（PSCs），电致变色器件，传感器，聚合物发光二极管（PLEDs）等各种领域。
这些电活性与光活性聚合物通常是基于噻吩，吡咯，苯，芴或咔唑等芳环、芳杂环等单元的聚合物。
在大量的电致变色材料中，噻吩类聚合物由于它们的高电子导电性和好的氧化还原特性，以及在可见与红外区域，快的响应时间，显著地稳定性和高的对比率而成为一类重要的电致变色共轭聚合物。
更重要的是，通过聚合物链结构改动，噻吩类聚合物拥有容易的禁带可调性，可展示不同的电致变色特性。
关键词：π-共轭聚合物；电化学聚合；共聚；导电聚合物；一、导电聚合物简介1.1导电聚合物的分类导电高分子材料包括结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类型。
复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的。
该类材料通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。
复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。
结构型（又称作本征型）导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后具有导电性的聚合物材料。
这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供载流子，一经掺杂，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。
如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯硫醚、聚对苯撑等均属于结构型导电高分子材料（如图1-1）[1]。
结构型导电聚合物是目前导电聚合物研究领域的重点。
图1-1 常见共轭聚合物结构型导电聚合物根据其结构特征和导电机理的不同又可进一步分为：1) 载流子为自由电子的电子导电聚合物；2) 载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物；3) 以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》范文
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》篇一聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，太阳能电池作为一种清洁、高效的能源转换设备，其发展与应用受到了广泛关注。
聚3-己基噻吩（P3HT）与纳米碳复合薄膜因其良好的光电性能在太阳能电池领域展现出巨大潜力。
然而，其在实际应用中的稳定性问题仍是研究的重点。
本文将就聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性进行深入研究，探讨其性能与稳定性的关系。
二、聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜概述聚3-己基噻吩（P3HT）是一种共轭聚合物，因其独特的光电性能在太阳能电池领域受到广泛关注。
而纳米碳材料因其优秀的导电性、大的比表面积等优点，与P3HT复合可以提高太阳能电池的光电转换效率。
二者组成的复合薄膜具有良好的光学性质和电学性质，为提高太阳能电池的稳定性和效率提供了可能。
三、稳定性研究方法为了研究聚3-己基噻吩与纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性，我们采用了多种方法。
首先，通过制备不同比例的P3HT与纳米碳复合薄膜，探究其光电性能与稳定性的关系。
其次，对复合薄膜进行长时间的暴露实验，观察其在不同环境条件下的稳定性。
此外，还采用了多种表征手段，如X射线衍射、扫描电子显微镜等，对复合薄膜的微观结构、表面形貌等进行研究。
四、实验结果与分析实验结果表明，P3HT与纳米碳的复合比例对太阳能电池的稳定性有显著影响。
适当比例的P3HT与纳米碳复合可以显著提高太阳能电池的光电转换效率，并提高其稳定性。
在长时间的暴露实验中，我们发现复合薄膜在光照、湿度等环境条件下的稳定性得到了显著提高。
通过X射线衍射和扫描电子显微镜等表征手段，我们发现复合薄膜的微观结构和表面形貌在长时间的环境条件下仍能保持稳定。
五、讨论从实验结果中我们可以看出，聚3-己基噻吩与纳米碳的复合能够有效提高太阳能电池的稳定性和光电转换效率。
这主要归因于纳米碳的高导电性、大的比表面积以及P3HT的光电性能。
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》
《聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究》篇一聚3-己基噻吩_纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性研究一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，太阳能电池作为一种清洁、高效的能源转换设备，其发展与应用受到了广泛关注。
聚3-己基噻吩（P3HT）与纳米碳复合薄膜太阳能电池是当前研究的热点，具有高效率、低成本等优势。
然而，太阳能电池的稳定性问题一直制约着其商业化进程。
因此，研究聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性具有重要的理论和实践意义。
二、聚3-己基噻吩与纳米碳复合材料聚3-己基噻吩（P3HT）是一种常见的有机光电材料，具有良好的光电性能和可调谐性。
而纳米碳材料如碳纳米管（CNTs）和石墨烯等，因其卓越的导电性、大的比表面积和良好的机械性能，被广泛应用于太阳能电池中。
将P3HT与纳米碳材料复合，可以有效地提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
三、复合薄膜太阳能电池的稳定性研究太阳能电池的稳定性研究主要涉及光稳定性、热稳定性和环境稳定性等方面。
本部分将重点研究聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜太阳能电池的稳定性。
1. 光稳定性光稳定性是指太阳能电池在长时间光照下性能的保持能力。
聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜在光照过程中，可能会发生光氧化、光降解等反应，导致性能下降。
通过研究复合薄膜的光稳定性，可以了解其在光照条件下的性能变化规律，为提高其光稳定性提供理论依据。
2. 热稳定性热稳定性是衡量太阳能电池在高温环境下性能保持能力的重要指标。
聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜在高温条件下，可能会发生材料老化、结构变化等问题，从而影响太阳能电池的性能。
通过研究复合薄膜的热稳定性，可以了解其在高温环境下的性能变化规律，为提高其热稳定性提供指导。
3. 环境稳定性环境稳定性是指太阳能电池在各种环境条件下的性能保持能力。
除了光照和高温外，湿度、氧气、污染物等也会对太阳能电池的性能产生影响。
通过研究聚3-己基噻吩纳米碳复合薄膜在各种环境条件下的性能变化，可以了解其环境稳定性的影响因素，为提高其环境稳定性提供思路。
噻吩衍生物
噻吩衍生物噻吩是指苯并噻唑（thiazole），是一种含氮杂环化合物，分子式为C3H3NS。
噻吩具有双重芳香性质，可用于合成各种有机化合物和药物。
噻吩衍生物是指在噻吩分子结构中进行取代或改变，得到的一系列新型有机化合物。
噻吩衍生物具有广泛的应用领域，在药物、农药、染料、光电材料、聚合物等方面具有潜在的应用价值。
本文将介绍噻吩衍生物的研究及其应用领域。
一、噻吩衍生物的化学合成1. 噻吩的制备方法噻吩的合成方法有多种，常用的有氢氰酸钠和硫脲反应制备法、硫化汞和具有α-氢原子的酮、醛或甲酸酯反应法、多聚缩合法等。
其中，氢氰酸钠和硫脲反应制备法最为常用。
2. 噻吩衍生物的合成噻吩衍生物的合成通常是通过在噻吩分子中引入取代基或加入其他官能团进行反应来实现的。
常用的噻吩衍生物合成方法有：（1）取代基引入法在噻吩分子中引入不同的取代基，可以获得不同的噻吩衍生物。
比较常用的取代基包括卤素原子、醇基、酰基、羰基、氨基、硝基、亚硝基等。
例如，在噻吩中引入一羧基，可以得到噻吩-2-羧酸（thiazole-2-carboxylic acid）等。
（2）羟基取代反应噻吩可以通过孟德尔反应（Mendel's oxidation）引入羟基基团。
其中，噻吩和过量的过氧化氢和催化剂反应，得到3-羟基噻吩（3-hydroxythiazole）。
此反应具有高专一性和高产率，为羟基取代型噻吩合成提供了一种简单有效的方法。
（3）氧化反应噻吩可以通过空气或过氧化氢等弱氧化剂，进行氧化反应，得到相应的氧化噻吩。
此反应普遍适用于3位或4位的芳香性取代噻吩，例如3-氧化噻吩（3-oxidrothiazole）等。
（4）绿色合成在噻吩衍生物合成中，绿色合成成为了新的研究热点。
例如，噻吩的官能化反应可以通过微波加热和离子液体反应溶剂等绿色条件下进行。
二、噻吩衍生物的应用领域由于噻吩衍生物具有广泛的化学性质和结构多样性，因此其应用领域也非常广泛。
噻吩类化合物电致发光材料的研究进展
（ ） 链烷 基 取代 聚噻 吩 １直 无取 代 的聚噻 吩几 乎 不溶于 任何 溶 剂。 但碳 原子 数 目大于 ４的烷基 在 ３位 取 代 后 ，就 能 溶 于 氯 仿 等 有机 极 性 溶 剂 中 。 这是 因为烷 基 取 代 基 降低 了高 分子 链 间 的作 用 力 ，增 加 了高分 子 的 晶格缺 陷 ， 强 极 性有 机 溶 剂 分子 的作 用下 ， 在
Ｔ ｅ Ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｉｐ ｅ ｅ Ｃｏ ｏ ｎ ｓ ｉ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ Ｐ ｏ ｒｓ ｆ ｏ ｈ ｎ ｍｐ ｕ ｄ Ｔｈ ｎ
Ｅｌｃ ｒ ｌｍ ｉｅ ｃ ｃ ｔ ｒ ｌ ｅ ｔｏｕ ｎ ｓ ｅｎ ｅ Ｍａ ｅ ｉ ｓ ａ
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寡聚噻吩类小分子给体材料
寡聚噻吩类小分子给体材料一、寡聚噻吩类小分子给体材料是啥？嘿呀，寡聚噻吩类小分子给体材料听起来是不是特别高大上？其实呢，它就是一种在材料科学领域超级重要的东西。
你可以把它想象成是一群小小的、超级活跃的分子小伙伴。
这些小分子啊，就像是材料世界里的小明星，它们有着独特的结构和性质。
从结构上来说呢，寡聚噻吩就是由噻吩单元连接而成的小分子。
噻吩这个东西啊，就像是它们的小积木块，通过特定的方式组合在一起。
这种结构赋予了它们一些很厉害的特性，比如说良好的光电性能。
这光电性能就像是它们的超能力一样，可以在很多高科技的地方大显身手呢。
二、寡聚噻吩类小分子给体材料的应用1. 在太阳能电池中的应用你知道太阳能电池吧，就是那种能把太阳光变成电的神奇东西。
寡聚噻吩类小分子给体材料在这当中可起着关键的作用呢。
它们就像是太阳能电池里的小助手，能够帮助吸收太阳光中的能量。
因为它们的光电性能好呀，就可以把吸收到的光能有效地转化成电能。
这就好比是一个超级高效的小机器，把阳光这个原料加工成电这种产品。
而且呀，这种材料还能让太阳能电池变得更轻薄、更灵活。
就像给太阳能电池穿上了一件轻便的小衣服，让它可以在更多的地方使用，不只是在那种大大的、固定的太阳能电站里，还能在一些小型的、便携的设备上呢。
2. 在有机电子器件中的应用在有机发光二极管（OLED）里，寡聚噻吩类小分子给体材料也有自己的一席之地。
OLED现在可是很流行的哦，像我们的手机屏幕、电视屏幕很多都开始用OLED技术了。
这些小分子在OLED里可以帮助提高发光效率，让屏幕显示的颜色更鲜艳、更清晰。
就像是给屏幕的色彩添上了一把魔法的刷子，把画面变得超级好看。
还有在有机场效应晶体管（OFET）中，它们可以作为活性层的一部分。
这就像是在晶体管这个小电器里当一个重要的零件，能够影响晶体管的性能，让整个电子设备运行得更顺畅。
三、寡聚噻吩类小分子给体材料的研究进展1. 合成方法的改进以前呢，合成寡聚噻吩类小分子给体材料的方法可能比较复杂，效率也不高。
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Research progress on photoelectric materials of thiophene
Liu Wei Chen Ruikui Liu Jianhui Yang Xichuan Sun Licheng (State Key Laborato ry of Fine Chemical , Dalian University of T echnology , Dalian 116012)
1 噻吩类化合物用于电致发光材料方面
1.1 聚合物类 聚噻吩(PT H)作为高分子发光材料的突出特点
是能够发红光 , 而其缺点是荧光量子效率较低 , 导致 其器件的电致发光效率和亮度都比较低 。
聚噻吩发光特性研究主要集中在聚(3-烷基噻 吩)类多聚物方面 。O hmo ri 等[ 3] 首先用 1(见图 1) 做发光层制成了发桔红色光的电致发光器件 , 并研 究了烷基链长度对电致发光特性的影响 。 发现随着 烷基链的增长 , 发光强度增大 , 但亮度较低 。
Key words thiophene , electroluminescence ma terial , photosensitizer
五元杂环化合物如噻吩 、呋喃及吡咯在环上都 有六个 π电子 , 符合休克尔规则 , 具有芳香性 。 噻吩 的电子云密度要比其他两个高 , 因此噻吩具有独特 的光学性质和电子传输能力[ 1, 2] 。 随着光电材料研 究的迅猛发展 , 噻吩类化合物以其良好的光电性质 , 越来越多地应用于光电材料领域 。本文将重点介绍 噻吩类化合物在电致发光材料以及光敏材料两个方 面的应用 。
N oda 等[ 12] 曾指出 , 在聚合型或分子型 发光材
图 2
料中 , 杂环噻吩的数目以及取代的位置可调控发光 波长 。 Dingem ans 等[ 13] 利用噻吩基团对联苯类(如 化合物 13 .14 .15 .16)进行发光波长调节 , 发光颜色 可从蓝色(409nm)到绿色(490nm)。 噻吩取代苯环 时 , 会导致发光波长红移 , 发光峰形变宽 。 但噻吩的 位置从端部移到中间时 , 发光波长从 409 nm 红移至 490 nm 。 其原因是由于噻吩是五元环 , 其 2 , 5 位外 共环键角为 148°, 从而减少了相邻苯环邻位质子的 主体障碍作用 , 故减少了噻吩与相邻苯环的平均扭 曲角度 , 增加分子的共平面性 , 使发射波长红移 。
F at tori 等[ 14] 合成的联噻吩齐聚物 17 具有很高 的荧光量子效率 。 其发光波长为 600nm(橘红), 开 启电压只有 2V , 在 6V 驱动电压下最大量子效率可 达到 0.13 %, 表现出很好的光电特性 。
图 3
第 11 期
刘伟等 :噻吩类光电材料的研究进展
· 17 ·
第 32 卷第 11 期 2004 年 11 月
化工 新型材料 N EW CHEM ICA L M AT ERIA LS
Vol.32 No.11 ·15·
噻吩类光电材料的研究进展
刘 伟 陈瑞奎 刘建辉 杨希川 孙立成 (大连理工大学精细化工国家重点实验室 , 大连 116012)
摘 要 对噻吩类化合物在电致发光材料和光敏材料两个光电材料领域的研究进展进行了综 述 , 电致发光材料包括 :聚合物类 , 齐聚物类 , 金属络合物类 ;光敏材料主要包括 Gr‐ tzel 电池 、光动力学 治疗两个方面 。 并对噻吩类光电材料的发展前景和方向作了评述 。
蓝色发光 聚合物 的发展迅 速且具有 良好的性 能 。部分蓝色聚合物(如芴 , 咔唑)具有较宽的发射 带宽 , 可与噻吩 、取代噻吩等基团共聚 , 利用分子间 能量转移 , 实现红光发射 。 Leclerc 等[ 7] 将齐聚噻吩 与芴 共聚 得到 化合 物 6 。 多层 器件 的 发射 为 666 nm , 且没有芴的发射出现 。 Shim 等[ 8] 将含有噻吩 的红光单体 BT CVB 的与芴共聚得到化合物 7 。 随 着共聚物中 BT CVB 含量增加 , 芴的发射逐渐减弱 , 光谱红移 ;当含量为 15 %时 , 芴的发射完全消失 , 得 到明亮的红光发射(630 nm), 很好地实现了蓝光到 红光的能量转移 。Cao 等[ 9] 合成了生色团 4 , 7-噻吩2 , 1 , 3-苯噻二唑(DBT)与芴的嵌段共聚物 8 。 DBT 的含量大于 15 %时 , 为单一的红光发射 , 器件的最 大 EQE 为 1.4 %, 高效的能量转移大大提高了器件 的效率 。 Leclerc 等[ 10] 将齐聚噻吩应用到咔唑系列 体系 , 合成了红色聚合物 9 , 量子效率达 25 %。 1.2 齐聚物类
1.3 金属有机小分子类 近年来 , 有机金属配合物成为电致发光材料的
一个重要研究领域 。这类分子具有分子结构确定 , 易分离纯化等优点 , 且兼有无机物的优点 。噻吩也 被广泛应用到这一领域 。
Edw in C 等[ 15] 研究发现单独的 Ru(terpy)22+ 基 本上没有发光特性 , 而将 2 个或 3 个 Ru(terpy)22+ 单体用噻 吩间隔连接 , 就有很好 的发光性 能 。 T ed M 等[ 16] 报道了一类双核联吡啶钌络合物 , 中间以齐 聚噻吩作为桥的化合物 , 并对其光电性质进行了研 究 , 发现随着噻吩数目的增加 , 电子转移的数目也随 之增加 。 此类化合物可与 PPV 掺杂 , 作为电致发光 器件的 发光 层 , 形成 独特的 红绿 光 开关 类分 子器 件[ 17] 。
稀土元素铕的配合物以其独特的发光特性成为 红色发光材料的研究重点 。噻吩被广泛应用于其配 体中 。 Kido 等[ 18] 首次将以噻吩为配体的配合物 18 应用到 O L ED 中 , 得到了 Eu3+的特征发射 , 但是最 大亮度仅为 0.3cd/ m2 。 由于配位数 没有达到饱和 而且空配位由 水分子占据 , 因而 器件的效 率很差 。 配合物 19 而以 Phen 为第二配体 , 配合物的成膜型 及发光性能就改善很多[ 19] 。O kada 等[ 20] 合成了噻 吩类 配 合 物 20 , 可 以 蒸 镀 , 器 件 最 大 的 亮 度 为 450cd/ m2 。Cheng 等[ 21] 合成了可蒸镀的配合物 21 , 多层器件的亮度达到 1670cd/m2 。 噻吩环的修饰以 及喹喔啉的配位明显改善了材料的电子传输性能 。
图 4
2 噻吩类化合物用于光敏材料方面
光敏材料可作为利用太阳能的载体 , 它能吸收 太阳光的能量并将其转化为电能或者化学能等 。 当 把噻吩结构引入其 他的有机光敏 材料分子的 设计 中 , 可以获得优良的光物理化学性能 。
染料敏化纳米晶体太阳能电池(又称为 Gr‐ tzel 电池)是最近出现的一类具有实用化前景的光电化 学电池[ 22 ～ 24] 。这类电池的关键部分是光敏染料敏 化的烧结在导电玻璃基底上
Abstract T he research progress of thiophene compounds in photoelectric materials such as electroluminescence mate-
rials and pho tosensitizers was summarized .Electroluminescence materials include poly mer , oligomer and metal complex .Photosensitizers include Gr‐ tzel cells and photodynamics treatment .Future trend was also discussed .
Kocw 等[ 11] 合成出一系列的 OPV 型发光材料 , 研 究发现化合物 10 由于噻吩电子密度较大 , HOMO 轨 道能级降低 , 有利于空穴传输 , 可产生蓝 -绿光 。 另 外比较化合物 10 , 11, 12 , 萘核取代 苯核时 , 红移 10 nm 。而噻吩取代苯核时 , 红移 50 nm 。这说明噻吩的 电子云密度对发光材料的发光波长影响很大 。
的纳米 TiO2 薄膜所构成的光阳极 , 光敏染料吸 收太阳光的能量到达激发态 , 并将激发态的电子注 入到纳米 T iO2 的导带 , 实现电荷分离 。提高光敏染 料对可见光的吸收范围 , 并最大限度的将太阳能转 化为电能是研究的热点之一 。Hara K 等[ 25 , 26] 通过 在传统的香豆素母体结构上引入噻吩结构 , 合成了 化合物 22 和 23 , 并 通过-COOH 键 合到纳 米 TiO2 上 , 有效的提高了香豆素类化合物对纳米 TiO2 敏化 性能 。 将化合物 22 用在染料敏化纳米晶体太阳能 电池上 , 在模拟太阳光照射下(100mW/ cm2), 其光 电转化效 率达到 7.7 %, 这是迄今为止纯有 机染料 敏化剂所得到的最好的结果 。 Spiekermann S 等[ 27] 报道了以多聚噻吩 24 和 25 为光敏剂并兼电荷传导 介质的染料敏化纳米 T iO2 太阳能电池 , 其开路电压 达到 0.65V , 短 路 电 流 为 60μA/ cm2 。 Kaneko M 等[ 28] 以不同烷基取代的聚噻吩敏化纳米 T iO2 , 得到 了类似的结果 。 罗臻等[ 29] 研究 了低聚噻吩酸类化 合物 26 和 27 对纳米 TiO2 的敏化效 果 , 通过 其与 N3 染料的共敏化 , 发现低聚噻吩酸类化合物可以拓 宽染料的光谱吸收范围 , 提高电池的性能 。
光 动力 学治疗(PD T)是 现在 癌 症治 疗 中的 一 种 方法 , 光敏材料在 PDT 中的应用主要是卟啉类化合 物 。其基本原理是在敏化剂的参与下 , 经光激发产 生单线态的氧 , 可使有机体 、细胞或生物分子发生机 能及形态变化 , 严重的可致受伤或者坏死 。 而这个 作用过程必须有氧参与 , 因此又称光敏氧化作用 。