聚(3-己基噻吩)-聚苯乙烯嵌段共聚物的一锅法制备

采用具有聚苯乙烯高分子链为配位基团的聚合催化剂,催化2,5-二溴-3-己基噻吩单体进行Kumada缩聚反应,利用一锅法制备了聚(3-己基噻吩)-聚苯乙烯嵌段共聚物。结果表明:采用一锅法,在室温、常压条件下进行一步聚合直接生成嵌段共聚物,反应过程简单,聚(3-己基噻吩)与聚苯乙烯嵌段对接率接近100%;与聚(3-己基噻吩)相比,聚(3-己基噻吩)-聚苯乙烯嵌段共聚物的结晶性能更好。

“聚(3-己基噻吩)性质表征”应用于聚合物现代仪器分析实验教学的探讨

聚(3-己基噻吩)(P3HT)是一种重要的导电聚合物,其化学结构、光物理性质、相对分子质量、结晶性、热稳定性及表面形貌等测试表征涉及的仪器非常广泛。文章分析了以“聚(3-己基噻吩)性质表征”作为聚合物现代仪器分析实验课程基本实验的可行性及优势。认为该综合实验贯穿于聚合物现代仪器分析的实验教学,可使实验分为四个方面相关的内容,“波谱分析法”、“凝胶渗透色谱法”“热分析法”“电子显微镜”等有机结合,不仅能帮助学生掌握各种相关仪器的使用原理及分析方法,又能使他们直观清晰地了解各种方法的关联性及独立性,并且在教学过程中结合了科研实际需求,将理论知识与实践紧密结合起来。

以聚(3-己基噻吩)-石墨烯-Nafion修饰的玻碳电极为工作电极示差脉冲伏安法测定细颗粒物PM_(2.5)中铅的含量

将聚(3-己基噻吩)-石墨烯在二甲基甲酰胺中的悬浮液(1g·L^(-1))10μL涂覆在玻碳电极(GCE)上,在室温干燥后,再将0.5%(质量分数)Nafion乙醇溶液滴涂于其表面,制得聚(3-己基噻吩)-石墨烯-Nafion修饰玻碳电极。用循环伏安法和示差脉冲伏安法研究了铅(Ⅱ)离子在此修饰电极上的电化学行为。结果表明:此电极对铅(Ⅱ)离子在-0.713V处出现明显的氧化峰,其峰电流为玻碳电极上的6倍。在pH 5.0的乙酸盐缓冲溶液中,在沉积电位为^(-1).0V,沉积时间为150s和扫描速率为100mV·s^(-1)的条件下,铅(Ⅱ)离子浓度在0.010~4.5μmol·L^(-1)内与其相应氧化峰电流值之间呈线性关系,检出限(3S/N)为5.0×10-9 mol·L^(-1)。在此条件下测定铅具有很好的选择性。方法用于测定环境监测站所取的PM_(2.5)实际样品,所得测定值与分光光度法测定值相符。

聚(3-己基)噻吩薄膜中电荷传导的研究

对两种具有相同化学结构的聚(3-己基)噻吩膜进行了电荷传导研究以检验膜的结构对载流子迁移率的影响.一种膜是由3-己基噻吩单体经电化学合成直接制备的膜(原位生长膜);另一种膜是将原位生长膜溶于三氯甲烷后重新滴涂而成的(滴涂膜).研究表明,虽然两种膜的制备方法不一样,但在最低(0.02%)和较高(20%～30%)掺杂率下两膜中的载流子迁移率相一致;然而在中等掺杂率区域,两膜中的载流子迁移率明显不同.对于原位生长膜,载流子迁移率在低掺杂区域几乎保持不变,当掺杂率大于1%后开始上升;而在滴涂膜中,随着掺杂率的增加,迁移率先下降然后迅速升高.上述两种迁移率变化特征分别与以前研究中观察到的电化学合成高分子膜和化学合成高分子旋涂或滴涂膜中迁移率的变化特征相一致,表明了迁移率随掺杂率变化特征的改变是由膜的结构变化而引起的.

聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用

报道了利用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为前置缓冲层来弥补(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b]二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩(PBDT-TT-F):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)共混体相异质结(BHJ)电池对450-600nm处光谱响应不足的新的器件结构设计思路.光谱带隙为1.8eV的PBDT-TT-F在550-700nm处有很强的光谱吸收,在有机太阳电池器件上有很好的应用潜能.但其在350-550nm处的吸收不强,影响了器件对太阳光谱的利用效率.与此相比,P3HT薄膜的光谱吸收主要在450-600nm范围内,同PBDT-TT-F形成良好的互补关系.新设计的器件外量子效率(EQE)研究结果表明,利用P3HT作为前置缓冲层可以与PBDT-TT-F:PC61BM薄膜中的PC61BM形成平面异质结,从而拓展了器件在450-600nm处的光谱响应范围,实现光谱增感作用.优化P3HT的厚度为20nm左右,器件对外输出的短路光电流密度从11.42mA·cm-2提高到12.15mA·cm-2,达到了6.3%的提升.

溶剂沸点对聚(3-己基噻吩)薄膜内链结构与分子取向的影响

以聚(3-己基噻吩)(P3HT)为研究对象,借助荧光相关光谱、紫外-可见光谱和掠角红外光谱考察了溶剂性质对旋涂膜内P3HT的链结构与分子取向的影响。结果表明:溶液中P3HT的分子链构象受溶解度的影响,当P3HT溶解在溶解性好的良溶剂中时,链构象更伸展;固体薄膜内P3HT的物理结构却不受其在溶剂中溶解度大小的影响而具有沸点依赖性,溶解在高沸点溶剂中的P3HT旋涂后,薄膜内P3HT主链平面性与π-π相互作用均得到提高;此外,溶剂沸点的增加导致分子取向由"面朝上"方式转变为"边朝上"方式。

外场对聚(3-己基噻吩)溶液结晶行为的影响

以聚(3-己基噻吩)(P3HT)为研究对象,借助紫外-可见光谱与原子力显微镜,详细考察了旋转剪切场、紫外光照射、超声处理3种外场对P3HT/混合溶剂(CHCl3-CH2Cl2)体系结晶行为的影响,此外,还研究了P3HT溶液结晶的"记忆效应"。研究表明:旋转场能够显著提高P3HT的结晶度,而紫外光照射和超声处理易使溶液中分子链的活动性增加,对结晶性的影响不显著;施加外场并没有改变溶液中纳米线的聚集形式,仍为H聚集;P3HT溶液的初始态不同,其结晶过程中的晶体微结构及形貌也会发生变化。

利用Heck反应制备立构规整聚(3-己基噻吩)

采用Heck反应法合成了具有较高分子量和立构规整度的聚(3-己基噻吩)。研究了溶剂的种类及配比、相转移催化剂及催化剂的种类以及反应温度、反应时间对所得聚(3-己基噻吩)的分子量和规整度的影响。用凝胶色谱(GPC)和核磁共振谱(1HNMR)对聚(3-己基噻吩)的分子量及立构规整度进行了表征。用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计研究了聚(3-己基噻吩)的吸收光谱和发射光谱。结果表明,当溶剂为二甲基甲酰胺与四氢呋喃(DMF:THF=1:1)的混合溶剂,采用醋酸钯[用量为单体量的5%(摩尔分数)]为催化剂,四丁基溴化铵[用量为单体量的100%(摩尔分数)]为相转移催化剂时,在80℃下反应12h所得聚(3-己基噻吩)的分子量可达6700,立构规整度超过96%。

理论研究连接方式对低聚(3-己基噻吩)结构和电子光谱的影响

用密度泛函理论优化了不同连接方式的低聚（3-己基噻吩）（（3HT）n,n=2~8）异构体的几何结构,并得到了相对能量,接着用含时密度泛函理论计算了不同异构体的垂直激发能,并优化了（3HT）8第一激发态的几何结构.结果表明,不同连接方式异构体的相对能量接近,但它们的轨道能级和垂直激发能差异都较大;第一激发态比基态共平面性更好.

在空穴传输层聚(3-己基噻吩)中添加1,8-二碘辛烷改善碳基钙钛矿太阳能电池的性能

无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能(PSCs)电池拥有成本低、制备步骤简单、稳定性高的优点,应用前景广阔.但是碳电极与活性层的直接接触,导致器件的光电转换效率普遍低于其他金属电极的钙钛矿太阳能电池.本文使用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为器件的空穴传输层,相比传统的有机空穴传输层材料Spiro-OMeTAD,具有低成本和易于制造的优点,并通过在P3HT中掺杂1,8-二碘辛烷(DIO)的方法优化其光电性能,提升了载流子的迁移率,阻挡电子的运输,降低界面复合,改善了碳电极与器件的界面接触,提高了短路电流J_(sc)和填充因子FF,使器件的初始光电转换效率从14.06%提升至15.11%.器件在氮气环境下测试稳定性,连续光照1000 h后器件的转换效率仍保持在98%以上.

聚(3-己基噻吩)包覆富锂层状正极材料Li_(1.18)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.52)O_2的制备与电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li_(1.18)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.52)O_2富锂层状正极材料,并使用聚(3-己基噻吩)对其进行了表面包覆.采用多种光谱学和电化学手段对材料的形貌结构和电化学性能进行了分析.结果表明,聚(3-己基噻吩)溶液浸泡后在富锂材料表面形成厚约1. 5 nm的均匀包覆层.表面包覆后富锂层状正极材料的极化和阻抗明显减小.在0. 2C倍率下,经过100次充放电循环后,未包覆的富锂材料放电比容量衰减为170 m A·h/g,而经过0. 3%聚(3-己基噻吩)包覆的材料的放电比容量则保持在205 m A·h/g,容量保持率由68%提高到82%; 10C倍率下的放电比容量由72 m A·h/g提高到116 m A·h/g.

聚(3-己基噻吩)侧链接枝石墨烯的合成与性能

聚合物半导体/石墨烯复合物作为潜在的新能源材料,其性能受到石墨烯聚集相分离的限制。通过将3-己基噻吩与不同比例的噻吩胺功能化石墨烯原位聚合,制备了一系列聚(3-己基噻吩)侧链接枝石墨烯材料(P3HT-g-G),材料石墨烯接枝含量最高可达25.83%,此外,还研究了石墨烯接枝量对复合材料分子结构、热学和光学性能的影响。研究结果表明,接枝石墨烯能够显著提升材料的平均分子量和立构规整度,改善材料的热加工性能,热分解温度提升了23~44℃,玻璃化转变温度提升了11~31℃。P3HT-g-G的紫外-可见吸收峰随石墨烯接枝量的升高呈先红移后蓝移的趋势。当石墨烯接枝量达到17.31%时,石墨烯开始发生聚集相分离,材料紫外-可见吸收峰红移量达到最大值,为11 nm。因此,与传统聚合物/石墨烯直接共混复合材料相比,当石墨烯聚集相分离的临界接枝量为17.31%,其紫外-可见吸收峰红移量较高。

巯基化P3HT衍生物的合成与表征

用GRIM(Grignard Metathesis Method)合成了聚(3-溴己基噻吩),并在硫代乙酸钾和氢化铝锂的作用下合成了巯基化的P3HT衍生物聚(3-(6-巯基己基)噻吩)。通过红外光谱、核磁共振波谱、凝胶渗透色谱、紫外-可见光谱、荧光光谱以及电化学分析对中间产物和最终产物的结构和光电性能进行了表征。结果表明,所合成聚合物与目标产物的结构一致,聚合物的数均相对分子质量为5621,多分散系数为1.39,在氯仿溶液中最大吸收波长为408 nm,最大发射波长为545 nm,电化学能隙为1.81 eV。

基于P3HT的有机场效应晶体管及其生物传感应用研究进展

简要介绍了基于聚(3-己基噻吩)的有机场效应晶体管(P3HT OFET)的基本概念与工作原理,对P3HT OFET的性能提升手段进行了分类归纳,主要从电极优化、P3HT有源层沉积工艺调控、介电层/P3HT界面处理、P3HT有源层掺杂和共混四个方面进行描述,并介绍了性能提升后的P3HT OFET载流子迁移率、阈值电压和电流开关比等相关性能参数。基于P3HT OFET固有的增益放大能力,可以将微弱的生物信号进行放大,归纳总结了P3HT OFET作为生物传感器用于蛋白质、HIV病毒和基因组标志物等不同生物分子检测的研究进展。最后对P3HT OFET现阶段面临的问题进行了分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

聚(3-己基)噻吩/紫精掺杂聚氧乙烯体系的电双稳态存储特性研究

制备基于聚(3-己基)噻吩/(乙基紫精二高氯酸盐掺杂聚氧乙烯)(P3HT/(PEO+EV))双聚合物薄膜层的OFET型器件,研究P3HT/(PEO+EV)体系的电响应特性.结果表明该体系可以在+3 V的电压下由OFF态跃迁为ON态(写入信号),而在-3 V的电压下由ON态转换成为OFF态(擦除信号);在OFF和ON态转换之后,导电态能保持稳定,因此该体系具备良好的阻变电双稳态存储特性,开关电流比高达105.尽管器件ON态电流随时间表现出一定的衰减,在经过大约2800 s读取操作以后,体系仍然可以进行写入/擦除操作.采用共聚焦激光扫描显微镜技术研究体系的电存储机理,结果显示信号写入过程中P3HT层发出的荧光随着施加电压由S极向D极逐渐淬灭,淬灭过程大约需要0.167 s,这表明P3HT极化子在S电极生成,并在沟道内传递至D电极,传递速率大约是120μm/s;而信号擦除过程荧光快速恢复,表明P3HT极化子被还原成为本征态P3HT.

优化基于PVP的有机双稳态存储器的电性能

在未来非易失性存储器的应用中,有机双稳态存储器具有良好的发展潜力,但仍缺少对提升存储器性能的简单方法的探究。制备了一系列基于聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)的三明治结构的柔性存储器,发现结构为氧化铟锡(ITO)/聚(3-己基噻吩)(P3HT)(二氯苯(DCB))/PVP/Cu的存储器写入电压最低。使用全溶液方法在柔性基底上制备此结构的存储器,并测试了其电性能。结果表明,写入电压为1.0 V,开关(ON/OFF)比为1×10^(5),保留时间达到2×10^(4)s。同时,通过分析其开关机理解释了结构和材料影响存储器性能的原理,加入修饰层P3HT和将金属电极由Al改为Cu,均可使介电层和电极之间的能级更匹配,从而降低载流子运输需克服的势垒;使用X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见(UV-Vis)光谱仪验证了将P3HT的溶剂氯苯换为二氯苯,可增强P3HT分子的有序形态和结晶度,从而提高电荷传输能力以降低存储器写入电压。这将从设计材料和优化结构方面为提高有机存储器性能提供参考。

P3HT纳米纤维的制备及其光催化制氢性能

为研究纤维膜光催化剂的产氢效果,以共轭聚合物半导体聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene),P3HT)和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)的共混溶液为纺丝溶液,采用静电纺丝法制备系列P3HT/PMMA纳米纤维,并对其光催化分解水制氢性能进行测试分析。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、接触角测试仪等对不同的P3HT/PMMA纳米纤维的表观形貌及相关性质进行表征。SEM图显示,当纺丝液分别以氯仿/氯苯和氯苯为溶剂时,纳米纤维形貌表现出明显差异;紫外-可见吸收光谱显示纳米纤维中P3HT为光催化活性成分,其中以氯苯为溶剂、空气湿度80%时制得的纳米纤维产氢速率最佳(145μmol/(h·g));XRD、接触角和电流测试与分析表明,P3HT以非晶结构均匀分散在纳米纤维中,且纳米纤维膜疏水程度越低,制氢速率越高。P3HT纤维化可有效提高其光催化制氢性能,不仅为光解水制氢提供了新思路,还为可溶液加工的线性共轭聚合物半导体提供了新的应用领域。

光敏层厚度与退火温度调控对聚3-己基噻吩光电探测器性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体材料,富勒烯衍生物(PC61BM)为受体材料,制备了一系列结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/C60/Al的体异质结光电探测器.研究了120、160、180与200 nm不同光敏层厚度,100、120、130、140与150℃不同退火温度等条件对器件性能的影响,并采用原子力显微镜(AFM)对光敏层形貌进行了分析.研究发现,基于180 nm厚光敏层、150℃退火处理的器件,在-2 V的偏压下550 nm处有最大响应度,为268 mA/W,并且在470~610 nm范围内响应度都超过了200 mA/W;基于180 nm厚光敏层、120℃退火处理的器件有最大线性动态范围,为95 dB.研究表明,适当厚度的光敏层有利于提高光吸收效率与器件的光伏性能;退火处理,可以使光敏层形成均匀的互穿网络结构,进而减小空穴与电子的复合概率,提高器件的光伏性能.

有序Ag_(NW)@Au_(NP)复合纳米线的制备及其对聚(3-己基噻吩)荧光效应的影响

采用三相界面法及置换反应法,以氯金酸-乙醇溶液和无序Ag纳米线为原材料,在空白Si基底上成功制备出有序Ag纳米线(Ag_(NW))@Au纳米颗粒(Au_(NP))复合纳米线。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对有序Ag_(NW)@Au_(NP)复合纳米线形貌进行了表征与分析,研究了氯金酸-乙醇溶液浓度和置换反应的反应时间对制备Ag_(NW)@Au_(NP)复合纳米线的影响,并且结合荧光光谱及激光拉曼光谱进一步研究了一系列有序Ag_(NW)@Au_(NP)复合纳米线对共轭聚合物聚(3-己基噻吩)(P3HT)荧光效应的影响。实验结果表明,有序Ag_(NW)@Au_(NP)复合纳米线上Au_(NP)的粒径随着置换反应时间的延长或氯金酸-乙醇溶液浓度的增加而增大,该复合纳米线对P3HT的荧光效应有增强作用,但其增强效应会随置换反应进行而减弱。

电场极化调控聚(3-己基噻吩)薄膜润湿性

本文首次采用电场极化技术精确控制共轭聚合物P3HT薄膜表面的润湿性,通过调节极化条件,成功实现了对P3HT薄膜表面润湿性的精确控制,薄膜表面水接触角可以实现从疏水性到亲水性的转变.通过光谱学、形貌学及接触角等表征手段,详细研究了电场极化作用下共轭聚合物分子取向聚集形态及作用机理.该工作不但扩展了共轭聚合物薄膜材料的应用范围,也为分子形态学的研究奠定了基础.