酶催化合成聚合物太陽能能電池材料聚噻吩類衍生物

《酶催化合成聚合物太陽能能電池材料聚噻吩類衍生物》是依託中國礦業大學，由趙雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：酶催化合成聚合物太陽能能電池材料聚噻吩類衍生物
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙雲
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

當前，太陽能電池光電技術一直是世界各國作為可再生能源的一個研究方向。而聚噻吩類衍生物由於其獨特的性能被廣泛用作聚合物太陽能電池電子給體材料。但是在傳統的合成聚噻吩的方法中，一般採用鎳等無機金屬催化劑合成，然而無機金屬催化劑製作成本高，催化反應條件苛刻，使用後無法降解，對環境不友好，不符合當今綠色環保的時代要求。.本項目擬採用氧化還原酶作為生物催化劑，採用酶催化的方法合成聚合物太陽能電池材料聚噻吩類衍生物，利用酶催化劑相對一般無機的催化劑具有催化效率高、反應條件溫和、環境友好等優點，探索一種新的聚合物太陽能電池材料的綠色合成方法。設計合成系列具有優良溶液加工性能及光伏性能的聚噻吩類聚合物太陽能電池材料；闡明酶催化合成聚噻吩類衍生物的聚合反應機理；揭示酶催化的方法對聚合物分子量、分散度和光伏性能的影響。

結題摘要

本項目採用生物酶催化劑成功合成了聚乙撐二氧噻吩類、聚噻吩磺酸類、聚噻吩磷酸類、聚噻吩羧酸類等一系列聚噻吩類衍生物，探索出了一種新的合成聚合物太陽能電池材料聚噻吩類衍生物的綠色合成方法。具體如下：（1）以乙撐二氧噻吩（EDOT）為單體，辣根過氧化酶（HRP）為催化劑，雙氧水（H2O2）為氧化劑，聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）為分散劑，在水相體系中酶催化聚合，得到穩定的PEDOT/PSS水分散體；（2）以3-噻吩乙醇為初始原料，合成得到3-噻吩乙氧基丁基磺酸鹽（TEBS），再以TEBS為單體，HRP為催化劑，H2O2為氧化劑，在水相體系中酶催化聚合，得到水溶性的聚（3-噻吩乙氧基丁基磺酸鹽）（PTEBS）。（3）以3-甲氧基噻吩為起始原料，合成了3-噻吩氧基乙基磺酸鹽（3TOES），再以3TOES為單體，HRP為催化劑，H2O2為氧化劑，在水相體系中酶催化聚合，得到水溶性聚（3-噻吩氧基乙基磺酸鹽）P3TOES；（4）以3-甲氧基噻吩為原料，合成得到3-噻吩氧基乙基磷酸，再以3-噻吩氧基乙基磷酸為單體，HRP為催化劑，H2O2為氧化劑，在水相體系中酶催化聚合，得到水溶性聚（3-噻吩氧基乙基磷酸）；（5）以3-溴噻吩為原料，合成得到3-噻吩丙二酸（3TMA），再以3TMA為單體，HRP為催化劑，H2O2為氧化劑，在水相體系中酶催化聚合，得到水溶性的聚（3-噻吩丙二酸）（P3TMA）。同時研究了不同的酶催化劑或者不同的催化條件與聚合反應的結果之間的對應關係，探索了酶催化合成聚噻吩的聚合反應機理問題。表征了這些聚噻吩類衍生物的光電性能特徵，對酶催化合成方法對聚噻吩類衍生物光電性能之間的聯繫規律進行了一定的探討和研究。 目前國內外常用的合成聚噻吩的方法中，一般採用鎳、鈀等無機金屬催化劑合成，而生物酶催化劑則表現出許多無機金屬催化劑所不可比擬的優勢，生物酶具有高效活性，高度選擇性，立體專一性等特點，並且酶可在溫和的反應條件下催化聚合反應，不需要極端的pH值和溫度，在室溫條件下即可完成反應，它使用後可被降解，是環境友好的催化劑。因此本項目的成功實施，對太陽能電池材料的綠色合成方法的基礎研究有推動意義。本項目發表相關SCI文章3篇，獲得國家授權發明專利兩項，培養碩士研究生3名，指導本科畢業設計5名，指導大學生科研訓練項目兩項，獲2014年江蘇省大學生挑戰杯創業計畫大賽銅獎。