一种新型吡啶铱配合物的合成及光谱性质【文献综述】.doc

1、文献综述化学一种新型吡啶铱配合物的合成及光谱性质摘要有机高分子太阳能材料具有高的热稳定性和化学稳定性、良好的成膜性及加工性可由旋转涂敷成膜、具有更好的粘附性和机械强度、易于制成柔性显示等，从而引起了研究者们对高分子电致发光的铱配合物材料和器件研究的极大兴趣。关键词太阳能铱材料1前言有机太阳能电池作为一种新型太阳能电池，为人类解决能源问题提供了新的途径，近年来成为世界各国争相开发研究的热点当今，能源问题已成为世界各国经济发展遇到的重大问题1954年，美国的贝尔研究所成功地研制出硅太阳能电池，开创了光电转换的首例然而由于硅电池材料本身的加工工艺非常复杂，限制了它们的民用化和大规模使用用有机材料制备

2、太阳能电池与硅太阳能电池相比具有制造面积大、廉价、简易、柔性等优点。而有机太阳能电池以其材料来源广泛、制作成本低、耗能少、可弯曲、易于大规模生产等突出优势显示了其巨大开发潜力，成为近十几年来国内外各高校及科研单位研究的热点。2研究进展20世纪70年代初有机半导体太阳电池仅具有象征性的学术意义，其光电转换效率相当低然而自1977年导电聚乙炔被发现以来，以聚乙炔薄膜为电池材料的研究十分活跃，尤其是近年来研究开发的导电聚合物使人们看到了新的希望美国的伯纳德基佩伦在2004年报道了一种制造太阳能电池的新方法，即用并五苯高效地将太阳光转化为电能研究人员认为，柔软、轻薄的有机太阳能电池板不久将给微型电脑及

3、数码音乐播放器等小型电子设备提供能量在近年的研究中，染料敏化太阳能电池DSSCS由于光吸收和电荷分离过程是分开的，其效率与非晶硅电池相当，也成为有机太阳能电池研究的热点染料敏化太阳能电池实现实际应用面临的首要问题是扩大电池面积2007年荷兰能量研究基金会报道了面积为236AM的电池，效率达到了82等在20052006年连续报道了有效面积达60以上的102AM、182CM2、300CM2和14976AM的电池，效率也分别达到74、59、50和57们已经完成了60W的小型电站，并且正在筹建500W的电站，为国内的DSSCS应用奠定了良好的基础尽管目前有机聚合物太阳能电池光电能量转换效率较低（目前实

4、验室最高水平仅为813左右，由美国SOLARMER能源公司于2010年7月获得，而无机太阳能电池的光电能量转换效率已经达到了358左右），但与制备工艺复杂、成本高、重量大、易碎无机半导体为光活性材料的太阳能电池相比，有机聚合物太阳能电池具有独特的优势重量轻；可以采用溶液旋涂、喷墨打印等方法制作器件，制作工艺简便；容易得到大面积柔性器件，可以涂刷在各种建筑物或不规则物体的表面；成本仅为无机太阳能电池（如硅太阳能电池）的1020；有机聚合物太阳能电池材料的能带、电荷传输以及化学性质、物理性质容易通过化学结构进行设计和调控。所以聚合光伏电池依然是已引起了国内外研究人员和企业的的重点研究对象，包括IN

5、TEL公司、IBM公司等都已涉足有机太阳能电池领域。如果能在光电转换性能上取得进一步的突破，将有可能在生产实践中得到广泛应用，其市场前景将十分巨大目前需要做的是从廉价易得的原料出发，有针对性地设计合成一些化合物，对光诱导电子转移过程和机制进行研究，以指导材料的设计合成同时还需要对现有的材料体系进行复合优化，以取得最大效率更加深入地研究有机聚合物太阳能电池能量损失机制，创造出适合应用的新颖价廉的太阳能电池。近年来,国内外研究机构、企业也纷纷涉足有机太阳能为提高有机太阳能电池的光电转化效率从材料的选择、工艺技术的改进、电池结构的设计等方面做了大量工作,如2007SCIENCEALANJHEEGER

6、等“使有机薄膜太阳能电池的单元转换效率达到了全球最高65”；大阪大学2008年3月2730日成功开发出了单元转换效率高达53的全球最高水平有机固体太阳能电池，由纯度极高的C607个九结晶实现的仅通过这两点便将单元效率由原来的25提高到了53；2009NATUREPHOTONICS韩国光州科学技术学院GIST宣布，将单结有机薄膜太阳能电池的单元转换效率提高到了61；三菱化学开发出了45的转换效率的电池,并且今后力争2010年度达到10，并于2015年使模块转换效率为15的有机太阳能电池实现实用化；科纳卡技术在2009年2月于日本举行的“PVEXPO2009第二届国际太阳能电池展”上展出了利用卷对

7、卷方式制造的多种有机薄膜太阳能电池模块。展示了利用柔性特点封装于皮包中，或作为电子纸的电源加以利用的试制品；东丽在2009年3月，通过新开发P型施主有机半导体材料，通过加大与N型受主有机半导体材料的能级空间电位差，及通过涂覆与N型半导体材料的分散混合液形成PN结时，能够扩大单位体积中PN结界面的表面积，使转换效率达到了55；2009年12月2日SOLARMER宣布，有机太阳能电池转换率已经达到79，为世界最高（如图），该公司10月份已经达到76，之前其在NATUREPHOTONICS2009年10月的一篇文章上提到的效率为677。虽有所提高但无论从理论研究还是实际应用仍未有重大突破,因此需要不

8、断开发新材料、改进生产工艺、提高生产技术。聚合物太阳能电池大多具有由给体材料和受体材料组成的本体异质结结构，其光电响应包括光的吸收、光生激子的扩散和在给体受体界面处分离成载流子（空穴和电子）、载流子的迁移以及电极收集载流子等多个过程。此外，电极收集载流子效率不高也会影响光电能量转换效率23。为了提高电极对载流子的收集效率，要尽量使电极与光敏层之间形成欧姆接触，减小两者间的能级和传输障碍，对此，人们研究了通过对金属电极表面修饰等办法加以改进。23253研究的基本内容与拟解决的主要问题31研究的基本内容A）单体的合成与表征分别采用一系列配体与铱（IRCL33H2O）反应合成铱二聚体（配体如2苯基吡

9、啶（PPY）、2对甲苯基吡啶PTPY和2（4溴苯基）吡啶）；其次，利用上述的铱二聚体与对二酮类化合物反应制备形成具有聚合活性的铱配合物单体；采用元素分析、FTIR光谱、1HNMR、13CNMR等对单体的化学结构进行表征。B）聚合物的合成与表征将苝酰亚胺单体、铱配合物单体、三苯胺类单体等三类单体按一定的比例共聚制成新型多功能嵌段共聚物。探索最佳反应条件（聚合时间、温度、溶剂、浓度等），并采用元素分析、XRF光谱、FTIR光谱、1HNMR、13CNMR、凝胶渗透色谱、XPS、TG、DSC等方法对聚合物的组成、化学结构、常规性能进行表征。C）聚合物的光电性能测试研究采用不同的单体或不同的共聚单体配比

10、得到的共聚物所处状态、浓度、溶剂等对其UVVIS吸收光谱、荧光光谱等光物理性质的影响；探讨它们的光致电荷转移作用等。在此基础上，对材料的光电性能相互比较和研究，揭示该类材料结构与光电性能之间的关系，找出它们之间内在的规律，同时还筛选出综合性能较为优异的聚合物太阳能电池材料。32拟解决的主要问题本实验拟采用一系列配体与铱（IRCL33H2O）反应合成铱二聚体（配体如2苯基吡啶（PPY）、2对甲苯基吡啶PTPY和2（4溴苯基）吡啶）；其次，利用上述的铱二聚体与对二酮类化合物反应制备形成具有聚合活性的铱配合物单体；再者，将苝酰亚胺单体、铱配合物单体、三苯胺类单体等三类单体按一定的比例共聚制成新型多功

11、能嵌段共聚物。拟解决的主要问题一系列铱二聚体、铱配合物单体及新型多功能嵌段共聚物中的合成方法，及一系列实验条件的原料的选取、合成方法的探索、合成物质性能的测试。4研究的方法与技术路线材料的合成A分别选用一系列环金属配体（CN）与三水合氯化铱反应，合成一系列铱配合物二聚体B将铱配合物二聚体与各种单体反应生成不同的铱配合物单体C合成铱配合物基团与其他基团形成的嵌段共聚物，并将它们应用于聚合物太阳能电池中，探索该类材料化学结构、聚集态结构与光电性能之间的关系。材料的性能研究A聚合物的电化学性能、UVVIS吸收光谱、荧光光谱等光电性能的测试与表征。B聚合物经由三重态激子的光致电荷转移作用的研究。5结论

12、与展望本论文围绕以吡啶铱配合物为有机聚合物太阳能电池材料进行研究，而有机材料具有的可灵活修饰性，因此，赋予研究人员广阔的分子设计空间。总的来说，价廉、高效、能够大面积制备的太阳能电池材料一直是人们追求的目标。以吡啶铱配合物为有机太阳能电池材料具有容易进行分子水平上的裁减和设计，生产工艺简单，可以制备大面积轻盈薄膜等优点，如果能在光电转换性能上取得进一步的突破，将有可能在生产实践中得到广泛应用，其市场前景将十分巨大。从材料的角度讲，目前需要做的是从廉价易得原料出发，有针对性地设计合成一些化合物对光诱导电子转移过程和机制进行研究，以指导材料的设计合成。同时还需要对现有的材料体系进行复合优化，以取得

13、最大效率。参考文献1张剑锋,ZHOUHUAXING,YOUWEI有机太阳能电池的研究进展JJOURNALOFHEFEIUNIVERSITYNATURALSCIENCES,2009,19,42WANGP,ABRUSCIA,WONGP,ETALPHOTOINDUCEDCHARGETRANSFERANDEFFICIENTSOLARENERGYCONVERSIONINABLENDOFAREDPOLYFLUORENECOPOLYMERWITHCDSENANOPARTICLESJNANOLETTERS,2006,68178917933KIETZKET,HRHOLDHH,NEHERDEFFICIENTPOL

14、YMERSOLARCELLSBASEDONM3EHPPVJCHEMISTRYOFMATERIALS,2005,1726653265374AJMEULER,MAHILLMYER,FSBATESORDEREDNETWORKMESOSTRUCTURESINBLOCKPOLYMERMATERIALSJMACROMOLECULES,2009,42,72215MAWL,YANGCY,GONGX,ETALTHERMALLYSTABLE,EFFICIENTPOLYMERSOLARCELLSWITHNANOSCALECONTROLOFTHEINTERPENETRATINGNETWORKMORPHOLOGYJAD

15、VANCEDFUNCTIONALMATERIALS,2005,1510161716226CWTANG,ROCHESTERTWOLAYERORGANICPHOTOVOLTAICCELLJAPPLIEDPHYSICSLETTERS,1986,4821831857YUG,GAOJ,HUMMELENJC,ETALPOLYMERPHOTOVOLTAICCELLS2ENHANCEDEFFICIENCIESVIAANETWORKOFINTERNALDONORACCEPTORHETEROJUNCTIONSJSCIENCE,1995,270178917918LIG,SHROTRIYAV,HUANGJS,ETAL

16、HIGH2EFFICIENCYSOLUTIONPROCESSABLEPOLYMERPHOTOVOLTAICCELLSBYSELFORGANIZATIONOFPOLYMERBLENDSJNATUREMATERIALS,2005,4118648689KIMJY,LEEK,COATESNE,ETALEFFICIENTTANDEMPOLYMERSOLARCELLSFABRICATEDBYALLSOLUTIONPROCESSINGJSCIENCE,2007,31722222510GUNESS,NEUGEBAUERH,SARICIFTCINSCONJUGATEDPOLYMER2BASEDORGANICSO

17、LARCELLSJCHEMICALREVIEWS,2007,10741324133811OGRAYDONPHOTOVOLTAICSSOLARSUCCESSFORSHARPJNATUREPHOTON,2009,3,68412GLI,VSHORTRIYA,JHUANG,ETALHIGHEFFICIENCYSOLUTIONPROCESSABLEPOLYMERPHOTOVOLTAICCELLSBYSELFORGANIZATIONOFPOLYMERBLENDSJNATUREMATER,2005,4,86413JPEET,JYKIM,NECOATES,ETALEFFICIENCYENHANCEMENTIN

18、LOWBANDGAPPOLYMERSOLARCELLSBYPROCESSINGWITHALKANEDITHIOLSJNATUREMATER,2007,6,49714CMYANG,CHWU,HHLIAO,ETALENHANCEDPHOTOVOLTAICRESPONSEOFORGANICSOLARCELLBYSINGLETTOTRIPLETEXCITONCONVERSIONJAPPLPHYSLETT,2007,90,13350915GLSCHULZ,SHOLDCROFTCONJUGATEDPOLYMERSBEARINGIRIDIUMCOMPLEXESFORTRIPLETPHOTOVOLTAICDE

19、VICESJCHEMMATER,2008,20,535116WALUHMAN,RJHOLMESENHANCEDEXCITONDIFFUSIONINANORGANICPHOTOVOLTAICCELLBYENERGYTRANSFERUSINGAPHOSPHORESCENTSENSITIZERJAPPLPHYSLETT,2009,94,15330417XYANG,JLOOSTOWARDHIGHPERFORMANCEPOLYMERSOLARCELLSTHEIMPORTANCEOFMORPHOLOGYCONTROLJMACROMOLECULES,2007,40,135318GYU,JGAO,JCHUMM

20、ELEN,ETALPOLYMERPHOTOVOLTAICCELLSENHANCEDEFFICIENCIESVIAANETWORKOFINTERNALDONORACCEPTORHETEROJUNCTIONSJSCIENCE,1995,270,178919封伟,冯奕钰有机光伏器件激活层的微结构有序性与电荷输运J化学进展,2006,18,18220QZHANG,ACIRPAN,TPRUSSELL,ETALDONORACCEPTORPOLYTHIOPHENEBLOCKPERYLENEDIIMIDECOPOLYMERSSYNTHESISANDSOLARCELLFABRICATIONJMACROMOLEC

21、ULES,2009,42,1021GISELALSCHULZANDSTEVENHOLDCROFT，ETALCONJUGATEDPOLYMERSBEARINGIRIDIUMCOMPLEXESFORTRIPLETPHOTOVOLTAICDEVICESCHEMMATER2008,20,5351535522ALBERTUSJSANDEE,CHARLOTTEKWILLIAMS,ETALSOLUTIONPROCESSIBLECONJUGATEDELECTROPHOSPHORESCENTPOLYMERSJAMCHEMSOC2004,126,7041704823DSCHUNG,JWPARK,JHPARK,ET

22、ALHIGHMOBILITYORGANICSINGLECRYSTALTRANSISTORSBASEDONSOLUBLETRIISOPROPYLSILYLETHYNYLANTHRACENEDERIVATIVESJJMATERCHEM,2010,20,52424ASHARMA,AHALDI,WJPOTSCAVAGEJR,ETALEFFECTSOFSURFACEMODIFICATIONOFINDIUMTINOXIDEELECTRODESONTHEPERFORMANCEOFMOLECULARMULTILAYERORGANICPHOTOVOLTAICDEVICESJJMATERCHEM,2009,19,529824CYJIANG,XWSUN,DWZHAO,ETALLOWWORKFUNCTIONMETALMODIFIEDITOASCATHODEFORINVERTEDPOLYMERSOLARCELLSSOLENERGYMATERSOLCELLS,2010,94,1618指导教师签字年月日