论文部分内容阅读
n型聚合物是一类电子传输为主的共轭聚合物,相对低的HOMO能级和LUMO能级(~-4.0 eV)是必要的,以保证电子的有效注入和传输。苯并二吡咯酮(BDP)具有高共轭度、高度共平面性、强吸电子性等优点,能够有效降低聚合物的LUMO能级,为获得性能优异的n型聚合物提供了可能。本文设计制备了两种苯并二吡咯酮类衍生物单体,分别与噻唑类和氰基修饰噻吩类单体通过Stille缩聚合成了一系列共轭聚合物,并研究了它们的光物理性能、电化学性能以及热稳定性。1.苯环修饰苯并二吡咯酮衍生物与不同噻唑类单体的共聚。将苯环修饰的苯并二吡咯酮单体(BDPP)分别与噻唑-噻吩(M)和联噻唑(N)通过Stille缩聚制备了两种共轭聚合物PBDPP-M和PBDPP-N。对聚合物分子量、光物理性能、电化学性能、热稳定性进行了表征和研究。研究表明,聚合物PBDPP-M和PBDPP-N在薄膜态下的吸收范围覆盖可见光区,并向紫外和红外光区延伸,两种聚合物的长波吸收峰分别位于594 nm和564 nm,反应单元吸电子能力的增强,使聚合物产生了蓝移。吸电子能力在一定程度上越强越有利于产生低HOMO/LUMO能级,聚合物PBDPP-M和PBDPP-N的HOMO能级分别为-5.03eV和-5.10 eV,LUMO能级分别为-3.63 eV和-3.75 eV,两种聚合物均具有低分子前沿轨道能级,符合n型聚合物的一般能级特征。两种聚合物均具有良好的热稳定性,热分解温度分别为301℃和376℃。2.噻吩修饰苯并二吡咯酮衍生物与氰基修饰噻吩的无规共聚。通过控制噻吩修饰的苯并二吡咯酮(BDPT)单体与氰基修饰噻吩单体的比例,将BDPT、噻吩分别与单氰基修饰噻吩(TCN)和双氰基修饰噻吩(T2CN)进行无规共聚,制备了PBDPT-TCN和PBDPT-T2CN系列聚合物,并对其性能进行了表征与研究。在薄膜态中,相同BDPT单元含量条件下,随着氰基基团数目的降低,反应单元TCN具有更强的给电子能力,有利于分子内电荷转移,与PBDPT-T2CN系列聚合物相比,PBDPT-TCN系列聚合物产生了红移。改变反应单元TCN含量制备的聚合物PBDPT-TCN20、PBDPT-TCN10和PBDPT-TCN5的长波吸收峰分别位于827 nm、794 nm和756 nm;改变反应单元T2CN含量制备的聚合物PBDPT-T2CN20、PBDPT-T2CN10和PBDPT-T2CN5的长波吸收峰分别位于798nm、788 nm和783 nm。随着BDPT单元含量的降低,对聚合物HOMO能级影响较小,LUMO能级逐渐降低,PBDPT-TCN系列聚合物的HOMO和LUMO能级分别在-5.07 eV和-3.84 eV;聚合物PBDPT-T2CN系列聚合物的HOMO和LUMO能级分别在-5.10 eV和-3.86 eV,其分子轨道能级位于n型聚合物典型的能级区间。两种系列聚合物均有良好的热稳定性,热分解温度分别为249℃、270℃、325℃和292℃、319℃、374℃。