基于苯并二噻吩二酮的d-a型齐聚物及聚合物给体材料的合成及性能研究

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1、学校代号10530学号201510141451分类号O627.8密级公开硕士学位论文基于苯并二噻吩二酮的D-A型齐聚物及聚合物给体材料的合成及性能研究学位申请人夏浩指导教师朱卫国教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向有机化学二〇一八年六月SynthesisandPropertiesofD-A-typeOligomersandConjugatedPolymersBasedonBenzodithiophene-4,8-dioneUsedAsElactron-donatingMaterialsCandidateHaoXiaSupervisor

2、Prof.WeiguoZhuCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializationOrganicChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式

3、标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学2018届硕士学位论文摘要随着经济社会的发展，能源危机和环境污染日益严重，开发清洁、安全、无污染、可持续发展的

4、新能源已经迫在眉睫。同其他新型环保能源相比，如水能、风能、地热能、潮汐能等，太阳能具有来源丰富、不受地域限制、无噪音、无污染等优点，如何高效利用太阳能已成为科学家们研究的重要课题。其中，有机太阳能电池(OSCs)具有成本低、质量轻、可柔性制备等优点受到了广泛的关注和研究。本论文系统介绍了有机太阳能电池的发展历程、工作原理，以及基于苯并二噻吩(BDT)单元、苯并噻二唑(BT)单元、苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)单元和齐聚物有机太阳能电池材料的研究现状。针对目前有机太阳能电池高能量转换效率的给体材料种类较少、分子结构与性能之间的关系尚不确

5、定等科学问题，设计合成了基于苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)单元的D-A型齐聚物和聚合物太阳能电池给体材料，并表征了它们的分子结构，系统研究了它们的光物理性能、电化学性能、电荷传输性能及其在溶液加工型本体异质结(BHJ)有机光伏(OPV)器件中的活性层形貌和光伏性能，并且利用理论计算模拟了这些给体材料的能级和最优的分子结构，初步揭示了D-A型齐聚物和聚合物光伏材料的分子结构与轨道能级、光物理、电化学、电荷传输、光伏等性能的关系，获得了性能优良的齐聚物和聚合物给体材料。本论文的研究内容和研究结果如下：(1)设计合成了基于噻吩给体单元与苯并

6、二噻吩-4,8-二酮(BDD)受体单元，具有D-(A-D)n(n=2,3,4)结构的齐聚物给体材料。系统地研究了D-A重复单元的数量对齐聚物的光谱吸收、电化学能级以及光伏性能的影响。研究发现，随着D-A单元个数的增加，齐聚物在溶液中的摩尔吸光系数也随之增大，吸收光谱红移，HOMO能级升高。其中5T4BDD由于较大的共轭度，更宽的吸收光谱，表现了更好的光伏性能，与PC71BM受体共混的BHJ-OPV器件PCE为0.51%。(2)设计合成了基于二维苯并二噻吩(BDT)给体单元,苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)体单元，具有D-(A-D)n(n

7、=1,2)结构的小分子和齐聚物给体材料。通过与小分子进行对比，系统研究了D-A重复单元的个数对分子的光物理、电化学、分子平面性、分子间的堆积行为以及光伏性能的影响。其中D-(A-D)2结构的齐聚物显示了更强的堆积行为，表现出了更好的光伏性能，与受体ITIC共混的BHJ-OPV器件PCE达到了7.89%，其开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子2(FF)分别为0.90V、13.23mA/cm和65.6%。(3)设计合成了以苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)和苯并噻二唑(BT)以及氟取代的苯并噻二唑(2FBT)为双受体A1和A2单元

8、，设计合成了一系列具有(A1-A2)n型I湘潭大学2018届硕士学位论文双受体聚合物给体材料，系统研究了氟原子取代对双受体聚合物热稳定性、光物理、电化学性能以及光伏性能的影响。研究结果表明，氟