氧敏感性供体-受体共轭聚合物薄膜晶体管

研究了基于供体-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)薄膜晶体管的氧传感特性。在不同的氧气浓度下,器件展示了空穴和电子载流子的传感特性,如源漏电流、迁移率和亚阈值摆幅随着氧从半导体层内吸附/解吸附的过程中被调节。实验结果表明:随着真空度从0.7 Pa上升到0.08Pa,即氧气的体积分数从~5.3×10^(-6)降到~6×10^(-7),对于P型传输的迁移率、源漏电流(开态)和亚阈值摆幅分别改变了-52.7%、-51.3%和48%,而对于N型传输分别改变了42.3%、59.5%和-39%。并且腔室中氧气的浓度从~8×10^(-7)降到~6×10^(-7),变化了~2×10^(-7),相应的P型和N型源漏电流分别变化了-45.9%和31.1%。基于PBIBDF-BT聚合物薄膜晶体管能够实现对氧气的双极性检测和低的氧检测线。

一类供体-受体双嵌段丙烯酸酯聚合物的合成及性能

利用原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了一种新的供体-受体双嵌段聚合物聚对(二苯胺基)苯乙烯-聚(2-(2-蒽醌甲酰氧基)甲基丙烯酸乙酯(P1-b-P2)。供体段是富电子的三苯胺段,受体段是缺电子的蒽醌段。该双嵌段聚合物的单体结构通过核磁(NMR)加以表征,聚合物通过凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)、紫外光谱(UV-vis)、荧光光谱(PL)和循环伏安(CV)法加以表征。GPC和紫外吸收测试表明聚合物数均分子量约为7600,最大吸收波长为305 nm,CV测试计算发现受体段比供体段长,与GPC测试结果一致,表现出更好的受体性能。

含氰基三联苯的给体-受体甲壳型共轭聚合物的合成与性能

聚合物主链为给电子单元(芴、咔唑),三联苯侧链末端基团引入氰基吸电子基团,合成了新型给体-受体单元的甲壳型共轭聚合物P1、P2。同时,为改善聚合物分子链一定程度的扭曲,增加主链和侧链的共轭程度,在给体与受体单元之间插入噻吩π桥,通过Stille偶联反应,合成了2种含有噻吩桥的给体-受体单元甲壳型共轭聚合物P3、P4。采用~1H-NMR表征单体及聚合物的化学结构,同时测试了聚合物的热稳定性能、光学性能和电学性能。聚合物P1、P2、P3、P4均具有良好的热稳定性,热分解温度均在350℃以上。分子结构中的给体-受体单元,形成推-拉电子效应,降低带隙,其中P4带隙降至1.89 eV。在紫外-可见区有较宽的吸收和发射峰,P3、P4薄膜最大吸收峰波长为458 nm,P4薄膜最大荧光发射峰波长为546 nm,以上结果表明新型甲壳型共轭聚合物是一种潜在的电致发光新材料。

新型供体-受体g-C_(3)N_(4)有机半导体光催化铀分离技术

从核废水中光催化提取铀是避免环境破坏和回收铀资源的一种可行方法,但设计具有快速迁移光生电荷和表面反应动力学的高效光催化剂用于去除含铀废水中的U(Ⅵ)仍然是一个重大挑战。采用无模板的自组装技术,成功构建了空心管状g-C_(3)N_(4)(TCN),并通过将间苯二酚引入TCN的骨架结构中,制备了管状供体-受体(D-A)有机半导体光催化剂B-TCN_(x),用于空气气氛下光催化去除U(Ⅵ)。分子内D-A体系的构建,使得电子和空穴分别聚集在受体和供体部分,这降低了电子-空穴对的复合。此外,电子和空穴在受体和供体部分的积累导致了内置电场的形成,从而促进了载流子的迁移。结果表明,B-TCN_(60)在120 min内对U(Ⅵ)的去除率达到96.8%,其动力学常数(0.031 14 min^(-1))是TCN (0.012 15 min^(-1))的2.58倍。并且在连续5次循环后变化不大,具有稳定性和可重复性。因此,D-A光催化剂具有很高的光催化铀分离效率。这项研究为深入了解光催化铀分离提供了启示和指导。

给体-受体型二维共轭聚合物的分子共平面性对阻变均一性的影响

有机忆阻器具有超快速度、超低功耗、非易失性存储等优势,有希望成为突破当前冯·诺依曼瓶颈和摩尔定律极限的关键电子元器件。利用2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(5-己基-2-噻吩)-苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩,4,9-二溴-6,7-双苯基[1,2,5]噻二唑-[3,4-g]喹喔啉和4,8-二溴苯并[1,2-c:4,5-c']双[1,2,5]噻二唑,通过Stille偶联法合成得到两种新型二维共轭给体-受体型聚合物pBDTT-PTQx和pBDTT-BBT,通过选取位阻较小的取代基、长度较短的烷基链和强推拉电子效应的共轭给体-受体单元优化分子共平面性,并对比研究了共平面性对材料阻变特性的影响。两种材料均具有高鲁棒性的Flash型阻变行为,可循环擦写100圈以上,其中pBDTT-BBT具有更好的分子共平面性,器件表面均方粗糙度仅为1.71 nm,开/关电压的扰动系数仅为9.4%和6.7%,高/低阻态的扰动系数为13.7%和9.4%,相较于PBDTT-PTQx,开/关电压与高/低阻值的稳定性和均一性获得很大提升。

调控共价有机框架供-受体促进光催化水析氧

为探究电子供体-受体结构对共价有机框架(COFs)材料光催化性能的影响,以N,N'-对乙腈苯基-1,4,5,8-萘二酰亚胺(NBA)为基础构筑单体,分别与供电子的三(4-甲酰基)苯胺(N-CHO)、吸电子的1,3,5-三(4-甲酰苯基)三嗪(TFPT)脱水缩合,构筑了由C=C连接的NN-COF和NT-COF。采用XRD、FTIR、^(13)CNMR、XPS、SEM、TEM、EDS和紫外光电子能谱(UPS)表征了两种COFs材料的结构、形貌和光电性能,并测试其光催化水分子氧化反应(OER)性能。结果表明,与NN-COF相比,NT-COF中三嗪单元的吸电子能力和高度平面性使其具有更紧密的层间π-π堆积、更宽的可见光吸收范围和更强的光生载流子产生能力;Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O作为助催化剂添加后,NN-COF和NT-COF在连续6 h内平均析氧速率分别为303.73和449.53μmol/(g·h);NT-COF中相对缺电子的萘酰亚胺单元更有利于光生空穴在其杂原子上的积累,从而更高效地催化水分子OER的进行。

供体—受体型聚合物太阳能电池材料研究进展

有机太阳能电池因其廉价、来源广、柔性、质轻等优势而备受关注,开发性能优异的聚合物给体材料是目前有机太阳能电池的研究热点。介绍了聚合物太阳能电池的基本结构,光电转换理论,综述了供体—受体型聚合物给体材料的研究进展,并对聚合物太阳能电池的发展方向进行了展望。

基于受体_(1)-受体_(2)型聚合物给体的高效有机太阳能电池

设计合成了2种宽带隙聚合物给体,分别命名为PDTz-BDD和PDTz-BDT.其中, PDTz-BDT是一种典型的给-受体(D-A)型共轭聚合物, PDTz-BDD是具有受体_(1)-受体_(2)(A_(1)-A_(2))型结构的共轭聚合物.采用BTP-e C9作为受体,分别与PDTz-BDD和PDTz-BDT共混构建有机太阳能电池,系统研究了两种给体的光伏性能.研究结果表明,具有A_(1)-A_(2)型结构的PDTz-BDD表现出更强的光吸收能力、更明显的溶液聚集效应与更优良的器件形貌,相应的光伏电池可以实现更高的光电转换效率(10.36%).本文不仅设计合成了2种新型给体,而且为构建A_(1)-A_(2)型共聚物以开发高效聚合物给体提供了参考.

基于中性芳环间电子供体-受体相互作用驱动的有机超分子组装

综述了近年来中性单体分子之间的供体-受体相互作用在超分子自组装研究中的应用.首先介绍了应用广泛的典型中性芳环富电子和缺电子体系的种类,然后重点介绍了DAB和DAN作为富电子单元,PDI和NDI作为缺电子单元的供体-受体相互作用在互相锁链的超分子体系,非天然分子折叠体和二聚体组装方面的应用进展.

基于三联苯与噻吩的D-A二维共轭甲壳型聚合物的合成与表征

通过分子设计,采用Stille偶联反应成功合成了2种以含有给电子基(D)和吸电子基(A)的三联苯为侧链,聚噻吩为主链的二维共轭甲壳型高分子P1和P2,单体和聚合物的化学结构由核磁共振表征证实。通过热重分析曲线研究表明,甲壳型聚合物P1和P2具有良好的热稳定性,5%热失重温度高达330℃和280℃。2种聚合物的玻璃化转变温度都较低,分别为54℃和16.6℃。甲壳型聚合物P1和P2分子内的推、吸效应有助于提高紫外吸收,其紫外吸收范围为425~650 nm。2种聚合物薄膜紫外的吸收边缘都在654 nm,通过经验公式计算其光学带隙为1.90 eV,是一种潜在的聚合物太阳能电池给体材料,也是一种以噻吩为主链的新型甲壳型聚合物。在聚合物太阳能电池给体材料中有潜在应用。

揭示D-A聚合物光催化剂中的超快激子分离

近年来,具有给-受体结构的有机半导体聚合物在光催化领域中取得了显著的研究进展.研究主要集中在通过分子设计,采用自下而上的方法,合成具有不同分子结构的聚合物材料.研究人员深入考察了聚合物光催化性能与其自身性质(如能带结构、形貌、吸光能力等)之间的关系.尽管这些研究为光催化领域的发展提供了重要基础,但现有研究方法仍存在一些问题,如自下而上合成路线的规模化应用困难,以及性能与结构关系研究的普适性不足.因此,未来研究需要进一步探索和改进合成方法,以及深化对光催化性能与材料结构之间关系的理解.中国地质大学(武汉)的余家国教授、张留洋教授与美国肯特州立大学的Mietek Jaroniec教授合作,采用傅克烷基化反应合成了具有给体-给体结构的聚合物.随后,通过后合成修饰,实现了该聚合物到给体-受体结构的原位光诱导转化,并系统地研究了转变前后聚合物中激子的分离过程.实验结果表明,在光照条件下,初始聚合物knitting DBT(KDBT)的结构单元二苯并噻吩(DBT)会部分氧化为二苯并噻吩-S,S-二氧化物(DBTSO),进而形成新聚合物KDBT-A,并伴随偶极矩增加和ICT态形成.瞬态技术(时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱)表征结果表明,KDBT与KDBT-A中的激子都能发生解离,但KDBT-A中的激子解离速率要远快于KDBT.这表明ICT态的形成有效抑制了激子复合.因此,随着聚合物结构从给体-给体结构转变为给体-受体结构,其光催化活性得到了显著增强.综上,这种光诱导原位改变分子结构的方法不仅能促进给体-受体型聚合物光催化剂的发展,还为有机太阳能电池、有机发光二极管、传感器等多个领域的研究提供新策略.

固相法制备D-A-D型共轭聚合物/MnO_(2)复合物及光催化性能研究

分别采用固相法即固相化学法和固相物理共混法制备了给体-受体-给体(D-A-D)型共轭聚合物聚(2,5-二(2-(3,4-乙撑二氧噻吩))基哒嗪)与纳米MnO_(2)的复合物(3,4-乙撑二氧噻吩环作为给体单元;哒嗪环作为受体单元),采用FT-IR、UV-vis、XRD、SEM等手段对复合物的结构和形貌进行了表征,并研究了该类复合物对罗丹明B的光催化降解活性。结果表明,在汞灯照射下,与纳米MnO_(2)相比,该类复合物对罗丹明B表现出了较高的光催化降解活性。在光照80 min时,固相法制备的复合物(4mg)对40 mL的5 mg·L^(-1)的罗丹明B溶液降解效率达到98%(化学法)和95%(物理共混法),说明该聚合物的引入提高了纳米MnO_(2)的光催化性能。

亚甲基蓝嵌入的供体受体型g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂用于产H_(2)

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))是一种优异的产H_(2)光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C_(3)N_(4)纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C_(3)N_(4)框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C_(3)N_(4)纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6μmol·h^(-1)·g^(-1)),分别是块状g-C_(3)N_(4)、D-A结构g-C_(3)N_(4)、g-C_(3)N_(4)纳米片的5.30,2.60和1.30倍。这项工作为设计用于太阳能转换的D-A改性光催化材料提供了一个有价值的思路。

基于二(1,2,3-三氮唑)吡啶共轭微孔聚合物的制备及其催化性能研究

以合成的2,6-双(1-(4-(9H-咔唑-9-基)苯基)-1H-1,2,3-三唑-4-基)吡啶(CPTP)为单体,采用氯仿为溶剂、无水三氯化铁为催化剂,通过氧化偶联方式合成一种共轭微孔聚合物(PCPTP).利用红外光谱、固体核磁碳谱、紫外可见漫反射谱等表征聚合物的结构和性质.实验结果表明,PCPTP具有很强的可见光吸收能力,可以有效催化可见光诱导N-取代四氢异喹啉的α-氧化反应,且可重复回收使用多次.密度泛函理论(DFT)计算结果表明,聚合物的电子供体-受体(DA)结构是PCPTP具有高效光催化性能的重要因素.

基于异靛蓝的供体-受体型共聚物忆阻器的构建及性能

由于供体-受体型聚合物具有较强的诱捕和释放电荷的能力,在忆阻器的研究方面具有很大的潜力。利用异靛蓝、丙烯二氧噻吩和噻吩合成了低带隙的供体-受体半导体聚合物(IPDT)(异靛蓝/噻吩/丙烯二氧噻吩的摩尔比率为x/1/1-x),构建了有机电子器件Al/IPDT/ITO,发现器件具有较稳定的忆阻特性。x=0.5时器件的开、关电压分别为8和-7.5 V,高低电阻比达到102,室温下的忍耐力循环测量超过2 000次。x=0.25时器件的开、关电压分别减小为2.2/-1.6 V,最大电流下降了5个量级。x=0.2时器件的开、关电压分别为1.9和-1.1 V,高低电阻比提高到103,最大电流仍为纳安量级。结果表明供体单元的占比越高,器件的开关电压越低,且较低的电流更有利于降低功耗。发现器件的忆阻特性是由聚合物材料内部电子通道的形成与断裂引起的。

基于三组分共轭聚合物的高灵敏度有机晶体管二氧化氮传感器

研究了基于联噻吩-氮杂异靛蓝-双(2-氧代二氢-7-氮杂吲哚-3-亚基)苯并二呋喃二酮的三组分给体-受体共轭聚合物(BTNIDNBIBDF-50)薄膜对二氧化氮气体传感特性。通过控制半导体浓度调控半导体薄膜表面形貌,研究其对二氧化氮气体灵敏度的影响。聚合物半导体BTNIDNBIBDF-50的浓度为2 mg/mL时对NO_(2)气体表现出最优的传感性能,对体积分数为10×10^(-6) NO_(2)气体的灵敏度为121.44%。实验结果表明:三组分共轭聚合物BTNIDNBIBDF-50呈现双极型半导体特性,降低聚合物半导体浓度会使薄膜表面出现明显的孔洞结构,提高传感器对NO_(2)气体的灵敏度。但过多的孔洞又会使气体解吸附速率的变化大于吸附速率变化,导致传感器灵敏度降低。

供体-受体型卟啉基金属有机框架实现有效电荷分离高效光催化析氢

利用光催化的方法将太阳能转化为氢能,是生产可持续燃料的有效途径之一.金属有机框架(MOFs)作为一类新兴的有机-无机杂化材料引起了研究者的广泛关注.由于MOFs材料的结构可调性,在框架中引入具有良好光吸收性能的基元,可以使MOFs在分子尺度有序排列的同时实现光催化析氢.单组分MOFs由于结构的相对有限性,存在电荷分离效率低的问题,而供体-受体(D-A)型双组分MOFs能够有效地促进电荷转移,同时电荷转移相互作用可以扩大光谱吸收范围,这些优良性能使之成为极具潜力的光催化剂.因此,寻找能够形成D-A结构的MOFs材料,实现高效光催化析氢仍然是一项亟需解决的科学问题.本文采用简单的溶剂热法将供体卟啉与受体二苯并噻吩砜(BTDO)相结合,构筑了一种卟啉基(TCPP)的D-A型MOF(TCPP-Zn-BTDO),其中, TCPP供体分子和BTDO受体分子通过Zn2+离子配位连接.红外吸收光谱中砜基的特征吸收峰以及电感耦合等离子体质谱表明有硫元素存在,说明成功引入了电子受体BTDO.TCPP-Zn-BTDO的光催化析氢效率较好,为1.48 mmolg^(-1)h^(-1),是单组分MOF(TCPP-Zn)的3.14倍.此外, TCPP-Zn-BTDO具有较好的光催化稳定性,连续40 h实验后,光催化活性没有显著降低.紫外可见吸收光谱和光电流测试结果表明, TCPP-Zn-BTDO具有更高的光吸收效率和更强的光电流响应,说明TCPP-Zn-BTDO可以产生更多的光生载流子,从而有利于光催化析氢反应.同时, BTDO的加入增大了分子偶极子,有效增强了内建电场.表面电荷密度以及开路电压等表明, TCPP-Zn-BTDO的内建电场强度是单组分MOF的1.44倍.通过莫特肖特基曲线与禁带宽度计算出TCPP-Zn-BTDO具有更负的导带位置,因而具有较强的热力学驱动力和电子还原能力,从而促进光催化析氢.综上,本文设计了一种简单的方法来构筑高活性的D-A型MOF, D与A之间的电荷转移相互作用能有效促进光生载流子分离,为光催化析氢材料的设计提供参考.

由供体受体对的发射谱直接拟合计算荧光共振能量转移效率

荧光共振能量转移 (FRET)广泛用于研究分子间的距离以及相互作用 ,但是由于光谱的串扰和荧光强度对浓度依赖的复杂性 ,很难定量测量 FRET效率 .本文提出了一种利用供体、受体和供体受体对的发射谱通过计算机拟合计算 FRET效率的理论和方法 .该方法适用于选择性地激发供体和受体与供体的浓度比已知的情况 ,因而适合基于绿色荧光蛋白 (GFP)供体 -受体对 .本文利用该方法拟合计算了 Cameleon分别在零钙和饱和钙时的FRET效率 .

顺9,反11-共轭亚油酸对离体培养猪肝细胞和结肠粘膜上皮细胞的影响

本试验旨在探讨顺9,反11-共轭亚油酸对离体培养猪肝细胞、结肠粘膜上皮细胞增殖、PGE2分泌和PPAR-γ基因表达的影响。试验分5个处理,对照组为DMEM/F12培养液,其他处理分别在对照组的基础上添加100μmol/L亚油酸、25、50、100μmol/L顺9,反11-共轭亚油酸;每个处理设6个重复(PPAR-γmRNA定量测定4个重复)。细胞用血清培养24h后处理,继续培养72h。检测上清PGE2分泌、细胞增殖和细胞PPAR-γmRNA拷贝数。结果表明培养液中添加顺9,反11-共轭亚油酸对肝细胞增殖和PGE2分泌都有促进作用(P<0.05),但对PPAR-γ基因表达没有影响;培养液中添加顺9,反11-共轭亚油酸对结肠粘膜上皮细胞增殖影响不显著(P>0.05),对PGE2分泌有显著的促进作用(P<0.05),25μmol/L顺9,反11-共轭亚油酸组PPAR-γmRNA拷贝数显著高于对照组(P<0.05),100μmol/L顺9,反11-共轭亚油酸组极显著高于对照组(P<0.01)。可见,在离体培养条件下,顺9,反11-共轭亚油酸对猪肝细胞和结肠粘膜上皮细胞PGE2分泌都有促进作用,只对结肠粘膜上皮细胞PPAR-γ基因表达有促进作用,这显示顺9,反11-共轭亚油酸对PPAR-γ基因表达的调控可能具有细胞类型的特异性。

稀土掺杂系统中供体和受体能量传递的理论计算

利用能量传递微观动力学方程,推导了掺杂样品中供体和受体之间能量传递函数。结果表明,由于受体的随机分布,宏观上观察到的供体发光的衰减不一定是指数形式的,对衰减曲线分析必须考虑随机分布的影响。