含富勒烯的D-A型有機(jī)太陽能電池材料的合成及其性質(zhì)研究

【摘要】： C60由于其特殊的π電子體系而具有較強(qiáng)電子接受能力,可以作為電子受體(Acceptor,簡稱A)與電子給體(Donor,簡稱D)通過共價鍵連接,形成D-A分子體系。C60-Donor體系能在光誘導(dǎo)下產(chǎn)生電荷分離,這在太陽能光電轉(zhuǎn)換中起重要作用,且D-A分子體系可以避免太陽能電池中的相分離和簇效應(yīng)的影響。 本文以三苯胺為母體設(shè)計(jì)并通過溴化、Kumada偶聯(lián)反應(yīng)、Vilsmeier-Haack甲?；磻?yīng)、Knoevenagel縮合反應(yīng)、Prato反應(yīng)等反應(yīng)合成了兩種不同的富勒烯衍生物6和7,通過IR,1H-NMR,元素分析等手段進(jìn)行表征,確證了中間體及目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。 運(yùn)用量子化學(xué)密度泛函B3LYP/3-21G(*)計(jì)算方法對目標(biāo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到這些化合物的穩(wěn)定幾何構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)和電荷分布情況。結(jié)果表明,目標(biāo)分子的LUMO集中在C60上,而HOMO主要集中在取代基上;電荷計(jì)算顯示了C60的吸電子性和取代基的供電子性。用紫外吸收光譜,熒光光譜研究了它們的光電學(xué)性質(zhì),紫外吸收光譜顯示化合物7在可見光部分有較好的吸收,熒光光譜顯示了6和7都具有光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。用循環(huán)伏安法分析了它們的電化學(xué)行為,通過電化學(xué)得到的HOMO與LUMO之間的能隙與理論計(jì)算得到的相符合。 【關(guān)鍵詞】：富勒烯衍生物 D-A分子體系 幾何優(yōu)化 光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 綜述8-22
• 1.1 引言8
• 1.2 有機(jī)太陽能電池8-12
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池簡介8-9
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其原理9-10
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池的發(fā)展10-11
• 1.2.4 有機(jī)太陽能電池存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)11-12
• 1.3 有機(jī)太陽能電池材料12-20
• 1.3.1 C_(60) 及其衍生物12-13
• 1.3.2 噻吩類材料13
• 1.3.3 芳香胺類材料13-14
• 1.3.4 PPV 及其衍生物14-15
• 1.3.5 稠環(huán)芳香化合物15-16
• 1.3.6 酞菁染料16
• 1.3.7 無機(jī)納米材料16-17
• 1.3.8 D-A 二元體系17-20
• 1.4 論文的設(shè)計(jì)思想20-22
• 1.4.1 論文研究內(nèi)容20-21
• 1.4.2 路線設(shè)計(jì)21-22
• 第二章 C_(60)衍生物的合成及表征22-37
• 2.1 材料與試劑22
• 2.2 主要儀器22-23
• 2.3 目標(biāo)化合物及中間體的制備23-28
• 2.3.1 三(4-溴苯)胺(1)的制備23-24
• 2.3.1.1 反應(yīng)方程式23
• 2.3.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟23-24
• 2.3.2 三[4-(2-噻吩基)苯]胺(2，TTPA)的制備24
• 2.3.2.1 反應(yīng)方程式24
• 2.3.2.2 材料預(yù)處理24
• 2.3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟24
• 2.3.3 二[4-(2-噻吩基)苯基]-[4-(5-甲酰基-2-噻吩基)苯基]胺(3)的制備24-25
• 2.3.3.1 反應(yīng)方程式24-25
• 2.3.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟25
• 2.3.4 三[4-(5-甲?；?2-噻吩基)苯]胺(4)的制備25-26
• 2.3.4.1 反應(yīng)方程式25-26
• 2.3.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟26
• 2.3.5 二[4-(5-二氰基乙烯基-2-噻吩基)苯基]-[4-(5-甲?；?2-噻吩基)苯基]胺(5)的制備26-27
• 2.3.5.1 反應(yīng)方程式26
• 2.3.5.2 實(shí)驗(yàn)步驟26-27
• 2.3.6 N-甲基-2-噻吩-5-{4-二[4-（2-噻吩基）苯基]氨基}苯基-富勒烯吡咯烷(6，C_(60)-TTPA)的制備27
• 2.3.6.1 反應(yīng)方程式27
• 2.3.6.2 實(shí)驗(yàn)步驟27
• 2.3.7 N-甲基-2-噻吩-5-{4-二[4-2-（5-二氰基乙烯基）噻吩基苯基]氨基}苯基-富勒烯吡咯烷(7，C_(60)-TTPA-DCV)的制備27-28
• 2.3.7.1 反應(yīng)方程式27-28
• 2.3.7.2 實(shí)驗(yàn)步驟28
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論28-36
• 2.4.1 化合物1 的合成分析與討論28-29
• 2.4.2 化合物2 的合成分析與討論29
• 2.4.3 化合物2 的甲?；磻?yīng)的討論及產(chǎn)物表征29-32
• 2.4.3.1 化合物2 的甲?；磻?yīng)的討論29-31
• 2.4.3.2 化合物3 的表征31-32
• 2.4.3.3 化合物4 的表征32
• 2.4.4 化合物5 的合成討論與表征32-33
• 2.4.4.1 化合物5 的合成討論32-33
• 2.4.4.2 化合物5 的表征33
• 2.4.5 C_(60) 衍生物的合成討論及結(jié)構(gòu)表征33-36
• 2.4.5.1 C_(60) 衍生物的合成討論33-34
• 2.4.5.2 化合物6 的表征34-35
• 2.4.5.3 化合物7 的表征35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 C_(60)衍生物的理論計(jì)算及光學(xué)電學(xué)性質(zhì)37-46
• 3.1 理論計(jì)算37-39
• 3.1.1 C_(60) 衍生物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化37-38
• 3.1.2 C_(60) 衍生物的電荷分布及電子結(jié)構(gòu)38-39
• 3.2 紫外—可見吸收光譜39-41
• 3.3 熒光光譜41-43
• 3.4 電化學(xué)性質(zhì)43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第四章 全文總結(jié)46-47
• 致謝47-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 附圖53-58
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文58

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