《有機小分子二聚體和低聚體中單線態激子的分裂》是依託山東大學，由李希友擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：有機小分子二聚體和低聚體中單線態激子的分裂
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：李希友
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
提高光電池的光電轉化效率的一種有效手段是實現一個光子激發產生多個電子。有機材料可以通過單線態激子的裂變（singlet fission）實現這一目的.但是目前高效率的SF僅僅存在於有機薄膜晶體材料中，而這種薄膜晶體材料不能套用于敏化太陽能電池中。為了實現SF在敏化太陽能電池中的套用，在相對較小的分子二聚體或多聚體中實現高效率的SF是一個必須解決的問題。本課題在理論研究的基礎上，提出了在錯開的分子面對面二聚體或多聚體中實現高效率SF的研究內容。首先，我們用錯開的面對面二聚體作為基本的結構單元，一方面是因為理論上的計算預計在這樣的二聚體中SF的速度會很快，另一方面是因為在許多的晶體材料中，分子之間的排列方式是錯開的面對面結構。其次我們在錯開的面對面二聚體基礎上引入另外的分子組成分子的多聚體，給分子的激發態提供額外的擴散空間，進一步接近分子在晶體中的環境。期望在分子的小聚集體中實現高效率的SF。
結題摘要
人們預計單線態裂分可以用於太陽能電池中提高光電轉化效率，因此成為人們研究的熱點。單線態裂分幾乎全部發生在並四苯或並五苯的晶體材料裡面，為了研究單線態裂分的機理以及方便的在有機太陽能電池中的套用，人們試圖在有機小分子中實現大小年態裂分。但是，早期的工作給出了一個否定的答案，並四苯的二聚體中單線態列分的效率很低，沒有使用價值。雖然最近人們在並五苯的二聚體中確實觀察到了單線態列分，但是在並四苯的聚集體中的嘗試卻始終不能成功。從吸收光譜的位置和穩定性的角度來看，和並五苯相比，並四苯更適用於太陽能電池中，因此實現並四苯聚集體中的單線態列分具有重要的意義。為此，我們開展了並四苯的聚集體的研究。 我們合成了一系列的並四苯二聚體和三聚體，通過連線基團的不同，調節聚集體中並四苯單元之間的相對構象，進而達到調節它們之間相互作用強度的目的。我們合成了一系列的面對面二聚體，合成了線性連線的並四苯二聚體和三聚體，合成了一系列的非對稱的並四苯二聚體。對於這些化合物在基態的相互作用以及激發衰減動力學進行了初步的研究，並對部分的化合物的超快動力學部分進行了研究。 我們得到的重要的結果包括：（1）以氧雜蒽連線的並四苯的面對面二聚體中，因為比較強的相互作用，單線態的裂分中的第二步反應，也就是單線態的擴散不能發生，因此，不能形成獨立的三線態，只能形成兩個強耦合的三線態。（2）通過對並四苯三聚體的研究，我們發現三線態的擴散空間對於單線態列分具有重要的意義。為三線態提供一個擴散空間是單線態裂分發生的關鍵條件。（3）並四苯二聚體或多聚體中，電荷分離態很合可能是一個重要的中間體，人們可以通過調節電荷分離態能級的高低來控制單線態裂分的發生。（4）我們合成的一系列非對稱連線的並四苯二聚體證明，非對稱體系可能有利於單線態裂分的發生，更重要的是，我們在非對稱的並四苯二聚體中發現了激發態的能量傳遞，這個能量傳遞過程和單線態列分同時發生，為我們研究能量傳遞和單線態裂分之間的關係提供了一個理想的分子模型。同時對於我們理解並四苯並五苯混晶體中的單線態裂分提供很好的實驗基礎。 我們在並四苯三聚體中實現了90% 的三線態量子產率，這是目前在並四苯中報導的最高的單線態裂分效率。更重要的是解釋了三線態擴散空間對單線態裂分的關鍵影響，為設計具有更高效率的單線態裂分分子提供了依據。
