單壁碳納米管-聚對苯乙炔撐納米雜化材料的制備、表征及其光伏性能研究.pdf

1、1.合成了結(jié)構(gòu)新穎的水溶性聚對苯乙炔撐化合物(PPE1),并合成了其卟啉封端的聚合物(PPE2),用1HNMR、GPC表征了其基本結(jié)構(gòu)。通過對兩種PPEs在氯仿和水溶液中不同光譜行為的研究,揭示了它們在有機溶劑和水中不同的存在狀態(tài),并對PPE2中其骨架與封端卟啉間的相互作用進行了探討,發(fā)現(xiàn)PPE骨架與在主鏈兩端的卟啉間存在能量傳遞作用,其中PPE骨架作為光吸收天線將吸收的能量傳遞給主鏈末端的卟啉單元。 2.SWNTs用硝酸回流純

2、化后,我們通過一種類似于“萃取”的超聲-離心循環(huán)過程對其進行后處理,這一過程除去了大量金屬、石墨和無定型碳,進一步純化了SWNTs,從而得到高純度SWNTs。利用這種納米管制備了水溶性單壁碳納米管(SWNTs)/PPE1納米雜化物,使SWNTS在水中的溶解度達到1.8 mg/mL。在這個雜化物中,納米管與PPE無論在基態(tài)還是激發(fā)態(tài)都通過π-π堆積產(chǎn)生強烈的相互作用。尤其在激發(fā)態(tài)下,存在由PPE到納米管的能量/電子轉(zhuǎn)移。通過PPE與納米雜

3、化物熒光壽命的檢測,計算能量轉(zhuǎn)移速率常數(shù)ken約為8.3×108 s-1。并基于這一發(fā)現(xiàn),制備了SWNTs/PPE1雜化物光伏器件。初步的研究表明該器件具備將光能轉(zhuǎn)化為電能的能力。在AM1.5條件下,其開路電壓為0.105 V,短路電流為28.7μA/cm2,光電轉(zhuǎn)化效率約為1.2×10-3％。 3.合成了側(cè)鏈帶有不同光敏基團的PPEs,其結(jié)構(gòu)通過1HNMR和GPC進行了表征,并通過紫外和熒光光譜研究了PPEs在氯仿溶液和薄膜態(tài)

4、的不同存在形式以及能帶結(jié)構(gòu)。以側(cè)鏈連有葸基團的PPE為例,研究了納米管與PPE在有機溶劑中其雜化材料的相互作用。 制備了SWNTs/PPEs納米雜化物器件,對其光伏性能進行了深入探索。納米管是強電子受體,而PPE則為電子給體。發(fā)現(xiàn)納米管加入到PPEs中后在PPE與納米管的界面形成了本體異質(zhì)結(jié),能夠高效地分離激子產(chǎn)生電子和空穴載流子,并且由于納米管是良好的一維導(dǎo)體,電子可以被有效傳遞到電極上,從而提高器件的性能。 發(fā)現(xiàn)不同

5、的光敏基團對器件的性能有很強的影響。帶有葸基團側(cè)鏈的PPE與納米管制備的器件表現(xiàn)了較好的光電轉(zhuǎn)化能力,光電轉(zhuǎn)化效率為0.031％,明顯高于側(cè)鏈不帶光敏基團的PPE1和側(cè)鏈帶有萘基團的PPE4。蒽基團在太陽光譜范圍內(nèi)有吸收,并分別將電子和空穴傳遞給納米管和PPE主鏈形成電流,具有明顯的光敏化作用。 4.合成了一種主鏈帶有卟啉的類似于PPE結(jié)構(gòu)的新型聚合物,聚卟啉撐對苯二乙炔撐(P-I),通過13CNMR和MALDI-TOF質(zhì)譜表征