《雙對位給受體型共軛盤狀分子的研究》是依託北京科技大學，由楊洲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙對位給受體型共軛盤狀分子的研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：楊洲
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
給受體取代的共軛大環盤狀分子的研究已成為當今新材料和新能源領域中的研究熱點之一，但當前報導的此類分子的結構大多屬於單重電荷轉移類型。本申請項目旨在系統開發和研究一類具有雙重電荷轉移特徵的雙對位給受體型共軛盤狀分子。通過設計併合成一系列具有不同盤核和給受體結構的具有雙重電荷轉移特徵的共軛盤狀分子，並向此類剛性盤核體系中引入長烷基鏈等擾動因素調節這些平面或近平面分子的堆積方式, 促使其形成盤狀液晶相，從而構築二維乃至三維的電荷轉移體系。系統研究與此類材料的二維或三維電荷轉移性質密切相關的光電性能如非線性光學性能、光電轉換性能和電荷傳輸性能等。篩選具有優良光電性能的新材料用於製作光電器件如光限幅器件、光伏電池等，力爭得到高性能的光電器件。在實驗工作的基礎上，深入研究分子結構和材料性能之間的關係，探索其內部規律。
結題摘要
給受體取代的共軛盤狀分子的研究已成為當今新材料和新能源領域中的研究熱點之一，但當前報導的此類分子的結構大多屬於單重電荷轉移類型。本項目從分子設計的角度出發，旨在系統開發和研究一類具有雙重或多重電荷轉移特徵的雙對位給受體型共軛盤狀分子。在此基礎上構築二維乃至三維的電荷轉移體系。系統研究與此類材料的二維或三維電荷轉移性質密切相關的光電性能如非線性光學性能、光電轉換性能和電荷傳輸性能等。 在項目進展過程中，我們首先開發了以卟啉為盤核的X型雙對位取代盤狀分子，將其作為光敏劑製備成染料敏化太陽能電池，與其它結構的卟啉染料相比，雙對位給受體型的卟啉分子所組裝的電池表現出最為優良的性能，相對其它的卟啉其界面電荷複合率最小，光電轉換效率最高，達到了N719染料電池光電轉化效率的45 %。但在研究過程中我們也發現此類X型的盤狀分子合成繁瑣，分離困難。於是我們調整了研究思路，通過結合高效無副反應的點擊反應在共軛盤核的周圍引入不同的給受體結構，設計合成了一系列以卟啉、苯並菲、芘等盤狀分子為盤核的具有雙重或多重電荷轉移特徵的給受體型共軛盤狀分子。通過紫外吸收光譜、螢光發射光譜、電鏡、Z掃描測試等研究手段系統研究了與此類材料的電荷轉移性質密切相關的光電性能如光譜性能、自組裝性能和非線性光學性能等。在此基礎上篩選具有優良光電性能的新材料製作了光電器件如光限幅器件、光伏電池等，其中以卟啉為光敏劑的染料敏化太陽能電池最高效率達到了8.26%。此外，我們還根據小分子太陽能電池的發展趨勢，設計了一系列具有雙重電荷轉移結構的A-D-A型分子，其中基於IDT(BTTh2)2-H的太陽能電池器件在1:3的D/A比例下表現出0.93 V的開路電壓，9.42 mA/cm2 的短路電流，48.5 %的填充因子，最終光電轉換效率達到4.25 %。接下來，我們還拓展了研究範圍，將石墨烯看作一種特殊的盤核，在石墨烯上鍵合了有機分子以提高其與液晶材料的相容性，在此基礎上製備了石墨烯衍生物和液晶的複合體系，成功地調整了膽甾相液晶的螺距梯度分布，得到了寬波反射的效果。 通過項目的實施，成功開發了一系列新的具有雙重或多重電荷轉移特徵的有機光電材料，拓展了有機光電材料的研究範圍。在以上研究的基礎上，已經發表和接收了20多篇SCI或EI檢索的科研論文，申請了7項中國發明專利，其中6項已授權。
