卟啉类光电功能材料的研究进展 (2).pdf

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1、万方数据鱼堑鬯篁!坠燮耋堂皇堕墼笪整笪婴壅堂堡————————————————————————————!!L卟啉类光电功能材料的研究进展。杨新国，孙景志，汪茫，陈红征，黄骥(浙江大学材料与化工学院高分子科学与工程系．硅材料国家重点实验室·浙江杭州310027)摘要：卟蚌厦其衍生物是一类具有优良的光电性能的有机半导体材料．引起人们广泛的关注。本文对卟啉类光电材料在模拟生物光合作用中，o的光致电荷转移和能量转移．有机太阳能电池．分子光电器件．有机电致发光和光存储等领城的研究进展做一简要介绍。关键词：卟啉；有机太阳能电池；分子开关；有机电致发光；光存储材料中图分类号：()62l文献标

2、识码：A文章编号：lool一973l(2003)02一0113一051引言卟啉是一类由4个吡咯环通过次甲基相连形成的具有18个r电子的共轭大环化舍物，其中心的氮原子与金属原子配位形成金属卟琳衍生物。卟啉化台物具有良好的光和热稳定性，吸收光谱在可见光范围内．具有许多独特的物理性质和化学性质及其它功能性质，在生物化学、医药化学、分析化学、光化催化和材料科学等领域已得到了广泛的关注和应用。近年来，利用卟啉独特的电子结构和光电性能．设计和合成光电功能材料及光电器件的研制等方面已成为国内外十分活跃的研究领域，取得了许多重要的进展。本文对卟啉及其衍生物在模拟生物光台作用中心的光致电荷转移和

3、能量转移光致电荷转移．有机太阳能电弛．分子开关，有机电致发光和光存储材料等领域的主要的研究进展作一简要综述。2模拟生物光合作用中心的光致电荷转移和能量转移绿色植物光合作用中心是一个多步电荷转移体系．而这个体系是由一系列按能量和空间排列的分子组成．具有相当高的光致电荷转移和分离效率．在这种意义上来说，自然界的植物光合作用中心是一种在分子水平上的高效率的光伏器件．因此模拟生物光合成中心的光致电子转移和能量转移对太阳能的光电转换和收集具有重要的理论和应用价值．其中卟啉化合物构成叶绿素等生物大分子的核心部分．参与植物光合作用等一系列重要过程。从80年代初开始．人们设计和合成了许多古有胡

4、萝h素、醌等官能团的卟啉类超分子体系来模拟和了解研究光合作用中心的光致电子转移和能量转移等过程，并取得了很大的进展⋯”早期合成的用作模型化台物的卟啉衍生物多为简单的共价键连接的给体一受体型二元化合物如卟啉(I’)一醌(Q)·当激发卟啉时．产生电荷分离态r—Q一．但这种电荷分离态在溶液中的寿命通常只有几百皮秒，很容易发生电荷复合衰退到基态。1984年Gust等嘲设计合成了一系列的胡萝卜素Lc)一卟啉【P)-醌(Q)三元化舍物(图1)，当卟啉分子受激发时，首先发生电荷转移形成c-P’一Q，这种电荷分离态很不稳定．容易通过非辐射跃迂回到基态，同时，存在从胡萝h素(C)到卟啉(P)电于

5、转移的另一竞争过程．可以形成cLItQ电荷分离态．其电荷复合速度很慢而且比较稳定．在二氯乙烷的寿命达300ns，其量子效率2s％。】988年D．Gust等‘u合成了胡萝h素(C)卟啉(P)一醌(QA)-醌(QB)四元化台物(图2)。R_Q1—r—。喵圈l胡萝h素(c)一卟啭(P)一醌(Q)三元化台物一醌(Qn)的结构式F【g1Structureofcarot叶porphyri卅quinonetmd№巾婚图2胡萝h素(C)一卟啉(P)一醌(Q一)的四元化合物的结构式Fig2&ructureofcarotene_porphyrin_quinone-quinonetetrad当卟啉分

6、子受激时．首先发生电荷转移形成一系列电荷分离态：C—Ptq一一QB．BPl。Q^一QⅡ，ctP-瓯一吼一．在二氯甲烷中最终的电荷分离态的寿命达460ns．盖子效率为23％。在此基础上他们03又合成了胡萝h素(c)-卟啉锌(P^)一卟啉(PB)一奈醌((h)一苯醣((h)五元化合物(图3)。在氯仿溶液中激发五元化合物的无金属卟啉(凡)产生最初的电荷分离态oP^一黠一Qi—Qe．进而发生电荷转移形成最终的电荷分离态c+。P^一。蓑轰器要黜鬈学甚慧嚣嚣：翟8秽’作者简介：橱新国(1969)，胃．湖南邵东人，在读博士，1998年于湖南大学化学化工学院获工学硬士学位，现在浙江大学材料与化

7、工学院高分子科学与工程系攻读博士学位，师承枉话教授，从事有机光电功能材料的制备与性能研究．万方数据⋯毫口锨时薯十2003年第2期(3^)巷的卟啉锌换为尤金属卟啉时．其寿命高达340№．但其量子效率其光谱与太阳光谱匹配很好·其转换效率为ol2％·比采用酞下降为15％。l997年Liddcll等㈨合成了胡萝J、襄(c)一卟啉菁铜或四一(4一毗啶基)卟啉制备的单层的肖特基型电池高100(P】一富勒烯((二6。)三元化合物(图4)．首先发生电荷转移形成c一倍。1996年他们。”3采用叶绿素(chl)