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近年来,环状π共轭化合物在有机化学、超分子化学和材料科学领域引起了人们广泛的兴趣。一方面,环状π共轭化合物的组成单元是刚性的,具有确定的结构及大小,扩展的π共轭体系,也使其具有优异的电学和光学性能;另一方面,当在共轭环的侧位修饰上不同的功能团时,由于共轭环与侧链官能团之间的相互作用,共轭环衍生物会具有多样的性能,其分子堆积方式也会变得灵活,既可以按照环之间的π-π相互作用堆积,也可能受到侧链官能团的影响而有不同的堆积方式。目前对共轭环状衍生物的光电性能研究还很少,本论文主要研究了基于三苯胺环状二聚体衍生物的合成和性能研究,通过修饰不同的官能团,研究了化合物结构与性能的关系,并得到了一些具有优良光电性质的三苯胺环状二聚体衍生物。
1.合成了一种以三苯胺环状二聚体为给体,以萘酰亚胺为受体的给体-受体化合物。通过质谱、核磁等手段表征了它的结构。这种化合物具有良好的热稳定性;测试了它的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,发现它具有强烈的荧光淬灭现象,通过与给体分子以及受体分子光谱的对比以及自由能的计算,揭示了此化合物荧光萃灭是由于分子内电子转移导致的;采用电化学测得了它的循环伏安曲线,通过这些数据估算了它的能级结构,它的HOMO能级表明此化合物具有较高的氧化稳定性,可以与多种金属的功函相匹配,有利于电极和半导体之间的空穴注入;通过旋涂和LB膜的方法制备了它的有机薄膜,并测试了薄膜的场效应性能,发现在施加电压时,器件的电导率几乎没有变化,这可能是由于分子没能有效的堆积从而导致薄膜中的排列十分无序;用简单的方法自组装成一维微米线并制备了微晶场效应晶体管,仍然没有发现场效应性能;用溶液法制备了它的薄膜,并制备了类似于三明治结构的电存储器件,器件的开关比相当高,达到了108以上,比目前大多数器件的开关比高4个数量级左右,这表明此化合物在信息存储方面有十分巨大的潜力。
2.合成了一类以三苯胺环状二聚体为给体,以氰基丙烯酸为受体,中间采用不同的连接单元的染料分子(化合物MC-T-CA,MC-HT-CA,MC-EDOT-GA和MC-T2-CA)。用质谱、核磁等手段进行了表征。测试了它们的紫外-可见吸收光谱和循环伏安曲线,并通过这些数据估算了它们的能级结构,比较了由于连接基团不同造成的光谱差异,归纳了连接基团对光谱的影响规律;将化合物MC-T-CA和MC-HT-CA制备成了染料敏化太阳能电池,测得了它们的光伏性能,并归纳了以三苯胺环状二聚体作给体单元的优势。其中,基于化合物MC-T-CA的电池,其光电转化效率达到了6.3%,开路电压和填充因子分别达到了736mV和0.69,这是一组比较高的数值,表明三苯胺环状二聚体的引入,对提高染料电池的性能有十分积极的作用。