有机聚合物材料体系能带结构的表征电化学方法研究

《有机聚合物材料体系能带结构的表征电化学方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、!电化学方法研究宋文波1陈旭1吴芳2田文晶2马淤光2许宏鼎1（1.吉林大学化学系；2.超分子结构与谱学开放实验室，长春130023）摘要以8-羟基喹啉铝和聚（!-乙烯基）咔唑为例，采用多种电化学方法确立了有机聚合物半导体材料的最高占有轨道和最低空轨道能级的位置，所得数据与光电子发射法表征结果一致.用电化学方法测得的带隙g与吸收光谱法得到的"g吻合.用测得的能带结构参数为依据研制的电致发光器件的发光性能很高."e1Opt关键词电化学表征方法；能带结构；带隙；最高占有轨道和最低空轨道的能级中图分类号文献标识码文章编号0251-079（02000）09-1422-050631

2、.6A用于制作电致发光器件的有机聚合物材料大多属于有机半导体，可以借助无机半导体材料的能带理论来描述其电子状态和性质［1］.有机聚合物的能带结构（带隙"、价带顶与导带底能量）的表征对优g化选择合成材料，提高和完善器件的性能以及设计多层结构的电致发光器件等具有重要意义［24］.表征有机聚合物材料能带结构的最常用方法是吸收光谱法［5，6］.通常，带隙"是由紫外可见光谱g的低能吸收带边［5］来确定的.但由于用带边计算带隙时人为因素会带来较大误差，因此，用吸收光谱低能吸收峰值波长［6］计算带隙的报道较多.但聚合物体系内在的无序性使得几乎所有材料的吸收光谱都有一个宽的吸收带，宽带

3、的出现为准确测量低能吸收峰位带来困难，并为用低能吸收峰测量带隙带来不确定因素.采用紫外吸收光谱法只能得到带隙值，无法确定其价带顶和导带底的绝对位置.利用量化计算的方法［7］虽可得到某些体系的离子化势和带隙值，但对于大多数结构复杂的材料，因缺少合适模型而得不到理想结果［8］.光电子发射谱分析［9］也曾用于价带顶能量的表征，但仪器尚未普及.将电化学方法（如循环伏安法［10］）用于有机聚合物能带结构的表征兼具上述三种方法的优点.所用仪器设备简单，操作方便，并能在同时进行氧化和还原反应的前提下，给出电致发光器件材料体系的全部能带结构参数.本文以8-羟基喹啉铝和聚（!-乙烯基）咔

4、唑为例，采用多种电化学方法对其能带结构进行了详细表征，并对这些方法进行了对比.实验部分""."试剂8-羟基喹啉铝（A1O3）和聚（!-乙烯基）咔唑（PVK）均购自A1cric1公司，并保存在真空干燥箱中以免试剂因吸水或受蓝光紫外光照射而变性.色谱纯乙腈（AN）和二甲基甲酰胺（DMF），使用前按文献［11］方法精制除去水和氧等杂质.四丁基高氯酸铵（TBAP）购自浙江试剂厂，用前经二次重结晶后于100C下减压干燥，并保存在真空干燥箱中.仪器和方法电化学测量系统采用PAR173/179电化学系统（美国）.".#采用三室电解池，工作电极和对电极为铂片，参比电极Ag/Ag+（0.

5、01mO1/L的AgN03乙腈溶液）的电极电位用二茂铁离子对（Cp2Fe/Cp2Fe+）校准.实验前，工作电极经打磨抛光清洗后，用还原焰退火10miD；向0.1mO1/LTBAP的电解质溶液中通氩气彻底除氧，并于实验中以氩气饱和.用岛津UV-3100光谱仪测UV-ViS谱.所测得的电位均以Fc+/收稿日期：1999-09-02.许宏鼎等：有机/聚合物材料体系能带结构的表征NO.9l423!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Fc为参比.结果与讨论电化学理论与有机聚合物的能带结构借用无机半导

6、体概念，所谓有机聚合物的带隙（Eg）是指导带底与价带顶的能量之差，即最高占有22.1轨道（EH0M0）与最低空轨道（ELUM0）能量之差.图l示出聚合物能带图、带结构与电离势P（I价带顶到真空能级的能量）、电子亲和势E（A导带底到真空能级的能量）［图（lA）］以及电化学方法得到的氧化还原过程的电位（EOX和Erec）［图l（B）］的关系.由于00电解池系统中的参比电极具有固定不变的电位，电解池中任何变化都可归因于工作电极，所以观测或控制工作电极相对于参比电极的电位也就是观测或控制工作电极内电子的能量.当给电极施加负电压时，电子的能量提高；当给电极施加正电位时，电子的能量

7、降低［如图l（B）］.在电极电位由正向负的还原过程中，电子的能量逐渐提高.一直达到某一临界电位后，电子最终可达到足以占有电解质中电活性有机半导体材料中空轨道的高能级（LUM0轨道），从而导致从电极到溶液的电子的流动（产生Fig.1RelatiOnShipbetWeentheiOnizatiOnpOtentia（l!I），bandgap（"g）（A）andelectrOchemicallymeaSuredOnSetpOtential（S"OX，"red）（B）deriVedfrOmaSim-00还原电流），即从电极向半导体材料注入电荷.电位