聚苯撑乙炔综述

聚苯撑乙炔综述

明雪（100905025）

（安徽师范大学化学与材料科学学院芜湖2410000）

摘要聚对苯撑乙炔及其衍生物类似于聚对苯乙烯结构，表现出了许多的优点，具有好的电子流动性，最突出的是有高的荧光量子效率及好的器件稳定性。本文对聚苯撑乙炔的结构特点、性能以及近年来各国对其研究进展进行概述，并对其研究方向和应用进行展望。

关键词聚苯撑乙炔；取代基；发光性质

1 引言

二十一世纪是信息时代, 其显著的特点是信息的数字化和网络化的建设。信息化对信息显示技术的要求越来越高，迫切的知识经济时代发展促进了信息显示技术的蓬勃发展。液晶显示、场发射显示、等离子体显示和电致发光显示等显示技术都在不断的改进和完善以适应社会和市场的需要。在众多的电致发光聚合物材料中，聚对苯撑乙炔及其衍生物类似于聚对苯乙烯结构，表现出了许多的优点，具有好的电子流动性，最突出的是有高的荧光量子效率及好的器件稳定性（具有高的氧化势能，不易被水和氧氧化），有望作为发光材料。但是，相对于聚芴和聚对苯乙烯类电致发光材料，人们对其研究的不是很多，这类材料也存在着许多不足之处，主要表现在聚对苯撑乙炔聚合物溶解性差，不易成膜；同时，其电子传输性能差，热稳定差，发光颜色主要为蓝光。解决以上问题的主要手段是通过对聚对苯撑乙炔进行结构修饰，设计合成新型的聚对苯撑乙炔衍生物类发光材料

2 聚苯撑乙炔的发展及相关研究

电子给体与电子受体交替共轭共聚物由于存在链内的电荷转移特性,比相应的均聚物具有较低的能带隙。电子给体与电子受体之间的连接有三键和双键两种形式,用三键连接的称为聚苯撑乙炔(PPE)交替共聚物,用双键连接的称为聚苯撑乙烯(PPV)交替共聚物。相对于聚苯撑乙烯共聚物来说,聚苯撑乙炔共聚物的研究不太充分。但最近新型的聚苯撑乙炔交替共聚物的研究也引起了人们的重视,在主链结构和电子给体与电子受体单元种类的多样化方面的研究较为活跃,例如主链上含有过渡金属;电子受体为苝环;电子给体与受体为芳杂环及支链为富勒烯[12]等。在聚合物太阳能电池的应用上面,聚苯撑乙炔类共聚物没有报道。聚苯撑乙炔衍生物(PPE)材料的研究较为热门，它是世界各国学者开始研究最早、投入资源最多、最有商业化前景的一类聚合物电致发光材料，目前已经广泛应用于有机电致发光器件、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机激光和化学与生物传感等先进材料科学与技术领域的研究、开发和产业化中。

2.1 聚苯撑乙炔与电子受体共聚物的合成及光伏研究

1992年，Heeger及Yoshino两小组分别独立地发现了从导电聚合物到富勒烯存在着光诱导电子转移现象，随后发展了双层单异质结器件，受体也从C60发展成其溶解性好的衍生物PCBM，但效率仍只有0.596左右，俞刚等在太阳能电池的光活性层中引入本体异质结构型，即将共辘聚合物和富勒烯衍生物混合，形成一个三维的异质结，从而在整个结内都可产生有效的光诱导电荷转移。对电极进行修饰也可进一步提高器件效率，例如:采用PEDOT PSS 对阳极ITO修饰，LiF对阴极Al修饰，可得到能量转换效率为3.396 (AM1.5)的光伏器件h1.电子给体与电子受体交替共扼共聚物由于存在链内的电荷转移特性，比相应的均聚物具有较低的能带隙。电子给体与电子受体之间的连接有三键和双键两种形式.用三键连接的称为聚苯撑乙炔(PPE)交替共聚物，用双键连接的称为聚苯撑乙烯(PPV)交替共聚物。相对于聚苯撑乙烯共聚物来说，聚苯撑乙炔共聚物的研究不太充分。但最近新型的聚苯撑乙炔交替共聚物

的研究也引起了人们的重视，在主链结构和电子给体与电子受体单元种类的多样化方面的研究较为活跃，例如主链上含有过渡金属;电子受体为菲环;电子给体与受体为芳杂环及支链为富勒烯等.在聚合物太阳能电池的应用上面，聚苯撑乙炔类共聚物没有报道.聚(苯撑乙炔撑一苯并唾二哇)(C8-PPE-BT)作为一种新型共辘聚合物，其合成路线参见文献，其中辛烷氧基(C8)苯作为电子给体，苯并唾二哇作为电子受体. 研究中分别制备了CS-PPE-BT与PCBM和MEH-PPV构成的本体异质结光伏器件并考察了它们的光伏性能。

实验发现，通过比较C8-PPE-BT分别作为电子给体与电子受体的光伏器件，可知其更适合作电子给体。说明在C8-PPE-BT中空穴的传输性能好于电子的传输性能，虽然从

C8-PPE-BT的电化学分析知其也易得电子还原，但如果电子的传输性能较差，电子在没有到达电极就有可能失活。所以有必要进一步提高共扼聚合物的电子迁移率和电子亲和能，以便满足高性能聚合物光伏器件性能要求。

2.2 阳离子共轭聚合电解质与低聚物的形象化杀菌作用

新墨西哥大学在对聚苯撑乙炔的阳离子共轭聚电解质和低聚苯撑乙炔的杀毒机理的研究中采用了电子光学显微镜与小角度X射线散射的方法。超微结构的分析表明,聚合物PPE-Th可以显著改变了细菌外膜和肽聚糖层,其次还可能的瓦解细菌的细胞质膜。相比之下,低聚物的最后仅拥有强大的溶菌作用，使细菌的细胞质膜有效地瓦解了并诱导释放细菌细胞内含物。通过单一的巨型囊泡和小角度X射线散射，证明了关于聚苯撑乙炔与低聚物的膜扰动机制对细菌细胞膜的不利原因在于一个3D的膜相变或是膜扰动。

目前的研究提出了交互作用的阳离子聚苯撑乙炔和与细菌外层膜混合的低聚物化合物的细菌细胞膜的模型。结果表明（1）高分子量的PPE-Th对带负电荷的细菌外膜组件具有高度的亲和力并且可以通过破坏细菌外膜或肽聚糖层杀死细菌（2）小分子量的寡聚低聚物可以发挥对细菌的毒性主要是通过诱导细胞质膜崩溃和/或微扰了细胞的跨膜电化学梯度。此外，聚苯撑乙炔的阳离子共轭聚电解质以及低聚物杀死细菌实际上是通过生物学生理上的破环，使得细菌难以产生耐药性。这类化合物有望成为解决细菌对多种药物抗生素产生耐药性的这种全球问题最有前途的候选人。

2.3 氮化硼纳米管与聚对苯撑乙炔和聚噻吩的非共价功能化

由美国密西根理工大学研究的氮化硼纳米管(BNNTs) 利用共轭聚对苯撑乙炔(PPEs)(聚合物A和B)和聚噻吩(聚合物C)通过一个非共价功能化方法通过强大的π-π堆叠之间的交互作用在共轭聚合物和BNNTs之间使其功能化，并使得增溶于有机溶剂中，如氯仿、氯甲基和四氢呋喃。BNNTs与PPEs的功能化增强了PPEs的平面化，并使得BNNTs和与PPEs有关的聚合物复合材料吸光度产生红移，然而BNNTs与聚噻吩的功能化扰乱了π-共轭作用，导致了聚合物复合材料吸光度产生了蓝移的转变。

一个简单、有效的非共价功能化和具有增溶性的BNNTs已经利用聚对苯撑乙炔和聚噻吩通过π-π叠加交互作用在聚合物复合材料和BNNTs之间完成。增强PPEs与聚合物复合材料之间的π-共轭作用具有红移的特征。高分辨率透射电子显微镜和扫描电镜证实的BNNTs 形态不受功能化的影响，使得BNNTs潜在的内在特性适用于机械强度高纤维。

3 结语

聚苯撑乙炔化合物(poly(p-phenyleneethylene), PPE)具有特别高的荧光量子效率和三阶

非线性光学系数,可被用于电致发光(EL)器件、光致激光材料、荧光传感器、非线性光学材料、分子导线、有机磁性材料等方面.人们对于发蓝光(Kmax=422-443 nm)的固相聚合物尤其感兴趣.PPE在它的稀溶液中有很高的荧光量子效率,甚至可以达到100%,而在浓溶液和固相中由于发生荧光淬灭，降低了其荧光量子效率,影响了其作为发光材料的应用. Swager等采用了各种手段和方法来阻止PPE的固相平面堆积,并在某种程度上,部分消除了它的P-P堆积效应.然而事实上,这些方法并不能很好地打乱PPE分子的堆积结构,并且合成方法非常复杂,