基于喹喔啉和吡啶并吡嗪及咔唑和二苯胺衍生物电子给体-受体结构荧光材料的合成和光电性能

通过α-二酮与邻苯二胺、吡啶二胺缩合反应,构建了喹喔啉和吡啶并吡嗪衍生物作为电子受体,分别以二苯胺、咔唑衍生物为电子给体,合成了4个具有电子给体-电子受体结构的氮杂环荧光材料F1~F4。通过低温荧光/磷光光谱、荧光寿命测试,结合密度泛函理论计算可知,F1~F4均为荧光小分子。室温荧光光谱结果表明,利用电子给体和受体的电子效应不同可以调控材料的发光颜色,其中三苯胺相对于苯基咔唑的供电子能力更强,表现为F1比F2、F3比F4红移现象更加明显;而吡啶并吡嗪具有多氮的缺电子结构,与喹喔啉相比共轭程度增加,导致F3比F1、F4比F2发生的斯托克斯位移数值增大。总之,F1~F4的甲苯溶液最大荧光光谱发射峰位于529、464、568和507 nm,荧光寿命分别为12.21、2.61、9.76和6.03 ns,荧光量子效率最高可达98.2%,具有良好的发光性能。将F1~F4发光材料掺杂在主体材料中制备了有机电致发光二极管DF1~DF4。所得器件DF1和DF3性能更好,最大电流效率分别为13.38和11.98 cd·A-1,且最大外量子效率分别达到4.8%和4.5%。

基于三嗪缺电子单元宽带隙聚合物给体材料的合成及光伏性能

降低有机光伏材料成本是实现有机太阳能电池工业化生产迫切需要解决的问题。本研究设计合成了一种结构简单、合成成本低的三嗪基缺电子单元(BTTz),与易于获得的3,3′-二氟联噻吩(DFT)给电子单元共聚,开发了一种新型宽带隙聚合物给体材料聚[(2,6-(3,3′-二氟)二噻吩)-alt-(2,4-双(4-(2-丁基辛基)噻吩-2-基)-6-甲氧基-1,3,5-三嗪)](PDFBTTz)。通过热重分析、紫外-可见吸收光谱法和循环伏安法对其特性进行表征,聚合物PDFBTTz展现出适当的吸收范围(350~600 nm),宽的光学带隙(2.06 eV),以及合适的最高占据分子轨道能级(-5.49 eV)。基于聚合物PDFBTTz优异的光物理性质,选取具有能级匹配和吸收光谱互补的IT-4F作为受体材料,制备的有机太阳能电池器件能量转化效率为3.49%,其开路电压为0.75 V,短路电流密度为10.89 mA·cm^(-2),填充因子为43.36%。上述结果表明BTTz是构筑宽带隙聚合物的有效缺电子单元,同时对该单元进行合理的结构裁剪有望获得更高效的聚合物给体材料。

北京大学药学院焦宁教授团队研发新型电子给体-受体催化氧气活化体系

2024年2月29日,北京大学天然药物及仿生药物全国重点实验室焦宁教授团队在Nature Communications上发表了题为“Dioxygen compatible electron donor-acceptor catalytic system and its enabled aerobic oxygenation”(氧气兼容的电子给体-受体催化体系及其在氧合反应中的应用)的论文。

有机给体-受体结构光诱导过程的非绝热动力学模拟:方法与应用

有机太阳能电池的核心组成是有机给体-受体(donor-acceptor,D-A)结构.探究有机给体-受体结构的光激发后的动力学过程对设计新型有机太阳能电池非常重要.非绝热动力学模拟是研究该过程的重要理论方法.然而,相比于小分子体系,有机给体-受体结构通常较为复杂,计算量大,难以采用高精度的非绝热动力学模拟方法.为了克服这一困难,介绍了课题组所发展基于线性响应-含时密度泛函(LR-TDDFT)理论的非绝热动力学模拟方法,通过结合多种分析方法,可以有效的探究有机给体-受体结构光诱导的动力学过程,如电荷转移过程\,能量转移过程\,激子动力学等.该方法不仅可以用于解释现有的实验结果,还可以为后续设计新型有机给体-受体结构提供帮助.

端基修饰聚合物给体制备高性能有机太阳能电池

端基工程是一种非常简单、操作方便的聚合物修饰策略,然而该策略用于调控非富勒烯有机太阳能电池性能的研究尚不充分.本文通过Stille偶联方法,分别以2-(2-乙基己基)噻吩(T-EH)、5-(2-乙基己基)-2,2′-联噻吩(2T-EH)和5-(2-乙基己基)-2,2′∶5,2′-三联噻吩(3T-EH)为封端基团,制备了3种新型的全封端聚合物给体PM6-T-EH,PM6-2T-EH和PM6-3T-EH.相比于未封端的聚合物给体PM6(效率为15.40%),封端后的聚合物PM6-T-EH,PM6-2T-EH,PM6-3T-EH与Y6制备的器件分别取得了16.66%,15.54%和13.50%的能量转换效率.研究发现,烷基单噻吩基团封端聚合物可以有效减少活性层中的载流子陷阱、优化活性层的形貌、改善电荷传输,从而提升器件的性能.随着封端基团噻吩单元的增加,器件性能逐渐降低,主要归因于封端剂共轭链增长、体积过大导致活性层形貌变差.在单噻吩封端的最优性能基础上,通过活性层优化,PM6-T-EH∶BTP-eC9体系的器件效率可达18.02%.

热活化荧光材料给体分子的研究进展

有机发光二极管(OLED)已从实验室转向大规模生产,它可用于电子产品的屏幕显示,且在自发光、低能耗、快速响应、超薄柔性显示等方面具有独特的优势。依据热活化延迟荧光(TADF)机制的材料可通过反向系统间跳跃过程完全利用单重态激子和三重态激子,使得内量子效率达到100%。介绍了OLED的结构及工作原理,分析了有机荧光材料的发光机理,综述了TADF给体材料的种类、应用及分子设计,并展望了未来发展。

基于双噻吩酰亚胺聚合物给体的侧链调控与光伏性能研究

采用苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元,分别与具有2-乙基己基和甲基侧链的双噻吩酰亚胺(BTI)缺电子单元共聚构筑了两个聚合物给体材料(pBDT-BTI-EH和pBDT-BTI-ME).与pBDT-BTI-EH∶Y6相比,基于p BDT-BTI-ME∶Y6的器件具有更高的电荷迁移率、更低的载流子复合、更高的激子解离以及更优的薄膜形貌,从而获得了更高的短路电流密度(J_(SC))和填充因子(FF),电池的能量转换效率由9.31%提高到15.69%.

甲氧基修饰平面化三苯胺电子给体的合成与性能研究

以2-氨基苯甲酸甲酯为原料,经过Ullmann反应、亲核加成等反应,合成了一种甲氧基修饰的平面化三苯胺电子给体CMo,通过1H NMR确定结构的正确性。与常见电子给体三苯胺TPA、吲哚啉YD作对比,紫外吸收光谱显示,CMo的最大吸收波长为304 nm,相比YD(298 nm)和TPA(297 nm)发生了红移,且最大吸收峰随极性的增强变化率大,表明CMo可离域化程度很大,给电子能力更好;循环伏安测试表明,CMo的HOMO能级(-5.21 eV)和LUMO能级(-1.48 eV)都高于YD(-5.38 eV、-1.70 eV)和TPA(-5.53 eV、-1.79 eV),可以作为新的电子给体材料应用于有机光电器件中。

基于双氰基茚满二酮吸电子单元的非对称小分子给体的合成及其光伏性能

采用双氰基茚满二酮为吸电子单元,分别以苯并二噻吩并吡咯和4,4-二甲基三苯胺为给电子单元,设计合成了两种具有给电子-吸电子(D-A)型结构的非对称小分子给体材料D1和D2;通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两个小分子给体的光学性能及电化学性质,并考察了由这两个小分子和C 70制备的全小分子有机太阳能电池的光伏性能.研究结果表明:含有稠环给电子单元的小分子给体D1比含有三苯胺给电子单元的D2具有更宽的光学吸收、更低的最高占据分子轨道能级和更好的光伏性能;以D1和D2为给体、C_(70)为受体的可真空蒸镀有机太阳能电池的最高光电转换效率分别为5.03%和3.78%.

小分子给体桥联单元烷基链取代位置对光伏器件性能的影响

设计合成了2个同分异构体小分子给体C2-C-F和C2-M-F,二者仅中间桥联三噻吩单元上烷基链的取代位置不同.研究结果表明,烷基链取代位置对其吸光性能和能级影响较小,但对与受体BTP-4F-12共混后的活性层形貌具有较大影响.其中,小分子给体C2-C-F与受体BTP-4F-12共混的薄膜获得了较好的形貌,光伏器件效率达到12.84%.研究结果表明,可以通过烷基取代的位置来精细调控活性层的形貌,为高效小分子给体的设计提供了有益的参考.

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.

基于宽带隙小分子给体第三组分的三元有机光伏器件

三元策略是提升器件光电转换效率的重要途径.本文设计合成了基于苯并噻二唑并二噻吩桥联基团的宽带隙小分子给体DRDTBT,并将其作为有机太阳能电池中的第三组分.通过引入具有缺电子性质的苯并噻二唑并二噻吩单元,使DRDTBT获得了较低的最高占有轨道能级以及高的结晶性,将其作为第三组分引入基于PM6∶BTP-eC9的器件中时有效提升了器件的开路电压,活性层形貌也得到了更好的调节.得益于提升的开路电压和填充因子,三元器件取得了优于二元器件的光电转换效率,其开路电压为0.86 V,短路电流密度为26.99 mA/cm~2,填充因子为76.34%,最终取得了17.72%的高光电转换效率,证明将高结晶性缺电子单元引入小分子给体第三组分中是提升三元有机太阳能电池效率的有效途径.

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。

给体位置和数目对四苯基乙烯衍生物双光子吸收性质的影响

在杂化密度泛函水平上,利用响应函数方法,计算了一类四苯基乙烯衍生物的双光子吸收性质.考虑了四苯基乙烯上给电子基团的位置和数目对双光子吸收性质的影响.并且,根据实验者采用的分子,通过增加分子的平面性和共轭长度,以及增强给体强度,理论设计了三种分子结构,并计算了它们的双光子吸收性质.结果表明,给体位置和数目对双光子吸收性质有重要影响.位于分子末端的给体取代基能有效提高双光子吸收强度.随着给体数目的增加,双光子吸收波长发生红移.在四苯基乙烯的不同侧位上添加给体取代基对双光子吸收性质的影响有明显差异.与实验者采用的分子相比,理论设计的分子结构双光子吸收截面均明显增大.当三苯胺基代替四苯基乙烯基之后,双光子吸收峰发生较大红移,双光子吸收截面明显增大.

以草酸为电子给体在Pt-TiO_2上光催化生成氢

以草酸为电子给体 ,研究了在Pt TiO2 上光催化生成氢的反应 .草酸的存在明显促进了生成氢的反应 ;二氧化钛负载Pt也明显提高了反应速率 ,Pt的最佳负载量为w(Pt) =0 .5 % .草酸浓度对氢生成反应的影响符合Lang muir关系式 .最佳 pH值为 2～

染料敏化太阳能电池中具有不同电子给体的吩噻嗪类有机光敏染料的理论研究

采用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法计算了2个吩噻嗪类染料及其吸附到TiO2上后分子的基态和激发态光物理性质与热力学参数.结果表明,电子给体的改变虽未明显改变染料的光谱性质(垂直跃迁能和振子强度),但可以改变分子的前线轨道能级,进而影响染料分子的激子结合能Eb及激发态电子注入到半导体TiO2中的驱动力ΔGint的大小,并最终影响电池的能量转换效率.

外源电子给体对甲烷单加氧酶催化丙烯环氧化反应活性的影响

以丙烯氧化反应为指标研究了不同外源电子给体对甲烷细菌(Methylomonas sp.GYJ30)休止细胞催化活性的影响。结果表明甲烷、甲醇、甲醛和甲酸盐作为电子给体加入反应中,将甲烷单加氧酶催化丙烯环氧化反应活性分别提高5.3,12.7,10和12.4倍。以甲烷和甲醛作为外源电子给体时提高初始浓度对甲烷单加氧酶具有抑制作用;而以甲醇和甲酸盐作为电子给体时提高初始浓度对甲烷单加氧酶催化活性无明显抑制作用。研究了甲醇作为电子给体时它的代谢、环氧丙烷的积累以及催化反应活性与反应时间的关系。

染料敏化太阳能电池中额外给体引入对经典D-π-A型敏化剂性能影响的理论研究

为了探讨D-D-π-A型染料中双给体对敏化剂性能的影响,本文结合密度泛函理论（DFT）及含时密度泛函理论（TD-DFT）对染料1-4的几何结构、电子结构、吸收光谱、电化学性质、电子复合程度以及半导体导带边缘的移动等进行了对比研究.结果表明,相比于经典的D-π-A型染料分子1,在分子2-4（D-D-π-A型双给体染料）中额外引入给体,尽管对导带能级移动的改变不是很显著,但是可以改变体系的共轭程度,增加染料的光吸收强度.重要的是,额外给体的引入可以显著增加染料阳离子空穴-半导体之间的距离,从而减缓注入电子与染料阳离子的复合;在额外给体中引入杂原子可以使I2聚集在染料外侧,从而降低电解质在半导体表面的局域浓度,进而减缓注入电子与电解质之间的复合速率.因此,通过在经典的D-π-A型染料上引入额外的电子给体构筑D-D-π-A型染料可以有效调节染料的光吸收、电化学及电子复合等方面的性质,是设计合成高性能染料的可行策略.

给体-受体-给体窄带隙染料掺杂聚芴发光二极管

合成了一系列给体-受体-给体型窄带隙荧光分子,并将其作为掺杂剂与主体(Host)宽带隙聚芴共混制备发光二极管.荧光分子为4,7-二呋喃-苯并噻二唑(O-S)、4,7-二噻吩-苯并噻二唑(S-S)、4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并噻二唑(N-S)、4,7-二硒吩-苯并噻二唑(Se-S)和4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并硒二唑(N-Se).溶液中荧光分子的紫外-可见吸收峰位于447～472nm,荧光发射峰位于563～637nm.该系列荧光分子掺杂聚芴(PFO)发光器件的电致发光峰位于580～633nm.当器件结构为ITO/PEDOT/PVK/PFO+N-Se/Ba/Al时,最大外量子效率为1.28%,电流效率1.31cd/A.

一类新型有机给体四硫代富瓦烯插烯物的合成与研究进展

概括了一类新型的有机电子给体——四硫代富瓦烯插烯物的合成方法，讨论了给体的循环伏安特性，并对其电荷转移复合物及自由基阳离子盐的研究进展进行了简要的评述。参考文献４５篇。