聚(3-烷基噻吩)的合成与应用研究进展

详述了聚(3-烷基噻吩)的化学合成方法、电化学合成方法及近期新兴的微波辐射辅助合成法;并总结了聚(3-烷基噻吩)在光伏电池材料、电致发光材料和热电材料等领域的应用研究及现状。

聚3-烷基噻吩系列物的合成与表征

采用Fe(III)催化剂合成法合成聚3-丁基噻吩(P3BT)、聚3-己基噻吩(P3HT)和聚3-十二烷基噻吩(P3DDT)。用GPC和1 H-NMR对所合成的聚合物的相对分子质量和结构进行表征,用SEM对所合成的聚合物的表面形貌进行观察,并用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究3种聚合物氯仿溶液的光学性能。结果表明,用该方法合成的聚合物以非晶态形式存在;具有较高的相对分子质量;在氯仿溶液中,P3BT、P3HT、P3DDT的最大吸收峰分别为:436nm、437nm和430nm,最大发射峰分别为570.0nm、581.2nm和573.8nm。综合分析发现P3HT更适于用做聚合物太阳能电池材料。

窄能隙共轭聚合物:聚[(3-烷基)噻吩-2,5]-取代苯甲烯衍生物的合成与表征

合成了 3 -丁基噻吩和 3 -辛基噻吩 ,并分别与对硝基苯甲醛和对二甲氨基苯甲醛进行聚合反应得到了具有极低能隙的聚 ( 3 -丁基噻吩 )对硝基苯甲烯 ( PBTNBQ)、聚 ( 3 -丁基噻吩 )对二甲氨基苯甲烯( PBTDMABQ)和聚 ( 3 -辛基噻吩 )对二甲氨基苯甲烯 ( POTDMABQ) .采用红外光谱、核磁共振氢谱和紫外 -可见吸收光谱确认了产物的结构 ,发现中间产物聚 ( 3 -烷基 )噻吩取代苯甲烷衍生物中存在部分醌化产物 .根据 Eg 与入射光子能量 hν的关系 ,采用 2种模型计算了 3种聚合物薄膜的光学禁带宽度为 PBTNBQ1 .63 ,1 .84e V;PBTDMABQ1 .44,1 .75 e V和 POTDMABQ1 .3 2 ,1 .69e V,属窄能隙共轭聚合物 .

取代基结构对聚[(3-烷基)噻吩-2,5]-取代苯甲烯衍生物三阶非线性光学性能的影响

采用3-烷基噻吩与对硝基苯甲醛和对二甲氨基苯甲醛的聚合反应得到了5种聚(3-烷基)噻吩取代苯甲烯衍生物:聚(3-丁基)噻吩对硝基苯甲烯(PBTNBQ)、聚(3-己基)噻吩对硝基苯甲烯(PHTNBQ)、聚(3-丁基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(PBTDMABQ)、聚(3-己基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(PHTDMABQ)和聚(3-辛基)噻吩对二甲氨基苯甲烯(POTDMABQ).计算其光学禁带宽度分别为PBTNBQ(1.82eV),PHTNBQ(1.85eV),PBTDMABQ(1.71eV),PHTDMABQ(1.78eV)和POTDMABQ(1.67eV).利用简并四波混频技术测量了5种聚合物薄膜的三阶非线性极化率,分别为1.74×10-8,1.82×10-8,5.62×10-9,8.64×10-9和1.22×10-8esu,均具有较大的三阶非线性光学性能.针对取代基结构对聚(3-烷基)噻吩取代苯甲烯衍生物的三阶非线性光学性能的影响从分子内极化程度和主链电子的离域程度两个方面进行了讨论.

聚(3-烷基噻吩)合成方法研究

作为导电共轭聚合物中的一个典型代表,聚(3-烷基噻吩)(poly(3-alkylthiophene),P3AT)因其良好的光电性能,已广泛应用于有机光电子领域,如有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机聚合物太阳能电池等。P3AT的合成制备方法也成为导电共轭聚合物合成方法的方向标,其发展的历史进程代表了共轭聚合物合成方法的共同历程。本文简要介绍了P3AT的发展历史、分子构效关系及其在有机光电器件上的应用,并按合成方法的不同分类,详细介绍了P3AT的各类合成方法,包括:McCullough法、Rieke法、格氏置换合成法、Suzuki反应、Still反应、C-H活化直接偶联等,总结比较了各种方法的反应机理及其优缺点,以期为读者展示出导电共轭聚合物合成方法发展变化的整体过程,并对其发展方向提出了展望。

3-溴噻吩烷基化系列反应中原料、产物及副产物的高效液相色谱实时分离检测

建立了一种采用反相高效液相色谱(RP-HPLC)实时检测5种3-烷基取代噻吩合成反应中3-烷基(丁基、己基、辛基、异辛基、十二烷基)噻吩、原料3-溴噻吩及副产物含量变化的方法。试样经水洗、萃取及旋转蒸发浓缩等预处理后,采用RP-HPLC二极管阵列紫外检测法测定,外标法定量,实现了反应产物(3-烷基噻吩)与原料(3-溴噻吩)及副产物组分的完全分离,互不干扰。5种烷基化产物及3-溴噻吩在0.100～10.0mg/L范围内线性良好,方法的最低检出限为20.0μg/L(S/N=3)。该方法简便,快捷,准确,既可用于测定反应产物的含量,又可用于跟踪反应过程中反应原料、反应生成物的动态变化,为反应动力学的研究提供了可靠依据。

新型聚2,4-二乙烯基3-十二烷基噻吩-1,3,4-噁二唑交替共聚物的合成、表征及性能研究

采用Heck偶合法首次合成了新型的含有空穴传输单元3-十二烷基噻吩和电子传输单元1,3,4-噁二唑的低带隙能的聚2,4-二乙烯基-3-十二烷基噻吩-1,3,4-噁二唑共轭聚合物(P3DDTV-OXD)。并且通过1H-NMR、FT-IR、凝胶色谱(GPC)、UV-vis光谱、荧光光谱(PL)、循环伏安(CV)法对所合成的共聚物进行了分析表征。与规整的聚3-十二烷基噻吩均聚物(P3DDT)相比,共聚物的UV最大吸收波长和Pl最大发射波长明显蓝移,具有强烈的蓝色荧光,且电子亲和势较高,同时拥有空穴和电子传输能力,实现了电荷在分子内的双向传输。

4-全氟烷基-6-(α-噻吩基)-2-吡喃酮和4-(α-噻吩甲酰基)-3-全氟烷基-3-丁烯酸甲酯的简便合成

溴化（α－噻吩甲酰基）甲基三苯基钅米舛１在碳酸钾存在下，二氯甲烷为溶剂，室温与２－全氟炔酸甲酯２反应，高产率地得到加合产物——４－（α－噻吩甲酰基）－２－三苯基膦基－３－全氟烷基－３－丁烯酸甲酯３．加合产物３在９∶１甲醇－水中封管１４０℃或１８０℃加热一定时间，高产率地得到４－全氟烷基－６－（α－噻吩基）－２－吡喃酮４和４－（α－噻吩甲酰基）－３－全氟烷基－３－丁烯酸甲酯５．化合物５是一对Ｚ、Ｅ异构体．所有新化合物的结构都由波谱予以确定．本文对反应机理也作了推测．

低温退火结合自成核方法制备FormⅡ晶型聚(3-十二烷基噻吩)纳米纤维

聚(3-十二烷基噻吩)(P3DDT)在常用有机溶剂中具有良好的溶解性,这一特点决定了制备P3DDT纳米纤维/线相对困难且其晶体结构不易调控。利用低温退火结合自成核方法成功制备了P3DDT纳米纤维,并探究了自成核温度对P3DDT纳米纤维结晶性与晶型的影响。P3DDT溶液经过低温退火再室温结晶后,可以得到均匀分布的、产率较高的纳米纤维,在此基础上增加自成核步骤能够进一步提高纳米纤维的结晶度。红外光谱的结果证实经过低温退火及自成核后制备的样品晶型为FormⅡ晶型,而不是通常的FormⅠ晶型。变温红外测试进一步揭示了P3DDT纳米纤维在升温过程中首先由FormⅡ晶型转变为FormⅠ晶型,随后熔融的相态变化。此研究结果有望对包括P3DDT在内的聚(3-烷基噻吩)(P3ATs)纳米纤维/线的制备及多晶型调控提供思路。

聚(3-己烷基)噻吩的π-聚集行为(英文)

用可见-紫外分光光度法观察了聚（3-己烷基）噻吩（P3HexTh）在氯仿中的π-聚集行为。将乙酸、乙醇、甲醇等聚（3-己烷基）噻吩难溶溶剂加入P3HexTh的氯仿溶液时，产生比较稳定的聚合物聚集态。用直径0．20-0．01μm滤膜过滤P3HexTh溶液的实验结果显示聚合物胶体颗粒随着溶液中乙酸量的增加而增大。金属配合物催化法合成的头对尾P3HexTh（Zn/Ni）发生π-聚集行为，而用化学氧化法合成的P3HexTh（Fe）没有出现明显的π-聚集行为。

含烷基噻吩与三嗪π-共轭聚合物的合成及性能

以二价镍配合物(Ni(dppp)Cl2)作为催化剂,2-二异丙基氨基-4,6-二氯均三嗪分别与3-丁基-2,5-二溴噻吩格氏(Grignard)试剂、3-辛基2,5-二溴噻吩格氏试剂、3-十二烷基-2,5-二溴噻吩格氏试剂交替共聚合成了3种含2-二异丙基氨基均三嗪的聚合物P1,P2和P3。并经傅里叶变换红外光谱、氢核磁共振谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、循环伏安、X射线粉末衍射和凝胶渗透色谱等测试手段对其进行了表征,对聚合物P1在CHCl3溶液中的酸致变色行为进行了研究。结果表明,得到的聚合物在甲苯、氯仿、四氢呋喃(THF)等有机溶剂中溶解性好,3种聚合物的紫外-可见最大吸收波长在372 nm处出现,在CHCl3溶液中聚合物P1,P2,P3最大发射峰分别位于478 nm,549 nm和523 nm。聚合物均在-1.8~0 V出现n-掺杂峰。通过X射线衍射测试聚合物均有一定结晶性但结晶性较差。

烷基和烷氧基取代聚噻吩的合成、表征与光电性能

Fe(Ⅲ )氧化催化法合成了 4种聚噻吩衍生物 ,3 十二烷基聚噻吩 (Pat12 ) ,3 辛氧基聚噻吩 (Paot8) ,3,4 二 (十二烷基 )聚噻吩 (Pat12 12 )和 3 (十二烷基 )噻吩 3 (辛氧基 )噻吩共聚物 (CoPt12 o8) .发现这些衍生物易溶于多种常用有机溶剂 .用GPC法测定了各聚合物分子量 ,用1 H NMR法表征了各聚合物化学结构 .对比研究了这些聚合物紫外 可见吸收性能 ,光致发光性能和能隙 .对其电致发光性能进行测定的结果 ,得到了Pat12 ,Pat12 12和Paot8的电致发光光谱 .发射峰分别为 6 70nm ,5 6 0nm和 6 4 0nm .发光颜色分别为红色 ,黄色和红橙色 .聚合物的光电性能与主链电子结构有密切关系 .探讨了取代基种类和数量对聚合物能带结构 ,光电性能的影响 .

Novel synthesis metal 3-alkylthiophene copolymer

Copolymer, regiorandom and regioregular poly （ 3-octylthiophene ）-co-poly （ 3-（ 2-ethyl-1- hexylthiophene））（P3OTIOT） was synthesized by a FeCl3-oxidation and GRIM （grignard method） approach. The structure and optical properties were verified by the Fourier transform infrared, ultraviolet visible spectroscopy, NMR （nuclear magnetic resonance ）, gel permeation chromatography （GPC） and photoluminescence （PL）. The results indicate that the band-gap energy of the regioregular HT P3OTEHT was lower than that of the regiorandom copolymer and both of them depict low band-gap energy, high photoluminescence quantum yield, excellent solubility and processability, and might be promising polymer materials for applications in polymer light-emitting diodes, light-emitting electrochemical cells and polymer solar cells, etc.

硅纳米线和聚3-十二烷基噻吩混合薄膜在场效应晶体管中的应用研究

为了提高聚3-十二烷基噻吩的场效应迁移率,将硅纳米线混入聚3-十二烷基噻吩的溶液中制成薄膜.退火后的聚3-十二烷基噻吩能够自组装成有序的微晶结构,有利于电子传输.聚3-十二烷基噻吩薄膜在场效应晶体管中能够获得0.015 cm2·V^(-1)·s^(-1)的迁移率,而混合薄膜能够获得高达0.68 cm2·V^(-1)·s^(-1)的迁移率.这是因为硅纳米线优异的电子传输性能使得电子通过硅纳米线就像通过快速通道一样,从而能够缩短电子在场效应晶体管中的传输时间,提高传输速度.此外,使用离子胶作为介电层也能够提升场效应晶体管的性能,混合薄膜能够获得高达6.2 cm2·V^(-1)·s^(-1)的迁移率.

Ag/WO_3纳米复合膜的制备及其电致变色性质和器件的研究

通过真空镀膜方法制备的纳米Ag薄膜均匀致密,表面光滑.然后通过电化学方法在Ag纳米薄膜上沉积一层三氧化钨(WO3),制备纳米Ag/WO3复合膜.并在此基础上构筑五层式玻璃/ITO/纳米Ag-WO3复合膜/固态电解质/聚(3-甲基噻吩)/ITO/玻璃电致变色器件.实验结果表明,与传统的WO3膜相比,纳米Ag/WO3复合膜具有更好的电化学活性、更高的对比度、更短的响应时间,以及更好的稳定性.由该复合膜组装的电致变色器件工艺简单,电致变色性能良好.