不同取代聚噻吩衍生物的合成与表征

【摘要】聚噻吩是一类重要的本征型导电聚合物,也是目前作为有机聚合物太阳能电池给体材料领域的研究热点。并且烷基取代聚噻吩衍生物具有溶解性好、成膜性好、光电性能优异、环境稳定性好以及易加工性等优点,因此在光伏材料、变色材料等领域被都有广泛的应用。采用密度泛函(DFT)B3LYP优化了不同烷基取代聚噻吩衍生物的单体和低聚物的电子结构。随着取代基数目的增加,分子总能量不断减小,而WBIs基本保持在1.170左右,说明取代基数目的增加有利于分子的稳定性而各个单体分子中的π键特性是不会随取代基数目增加而发生π电子的迁移：当取代基不变,随着低聚物聚合度的增加,WBIs随之增大,而电子富集区始终在噻吩环上,一方面说明这些中心键的π键特性在逐渐增强,另一方面又说明这有利于π电子在主链上的迁移。结果显示：3BT,3HT的四聚体具有比较低的能隙,其分别为1.899eV和2.196eV,无论是聚合度提高还是烷基数目在增加,聚合物的能隙都在逐渐变窄。采用GRIM法制备了聚(3-丁基噻吩)(P3BT)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)和聚(3-十二烷基噻吩)(P3DDT).用IR和1H-NMR对制备的聚合物结构进行了表征,1H-NMR结果表明聚合物结构规整度很高；GPC结果表明聚合物的相对分子质量分别为：8.42×104g/mol、1.06×105g/mol、1.21×104g/mol,它们的分子量分布宽度分别为1.41、2.18、1.18；由DSC曲线可知,三种聚合物的玻璃化转变温度分别是120.8℃、146℃、118℃；紫外吸收光谱和荧光光谱结果表明：三种聚合物在四氢呋喃溶液中的最大吸收波长分别是448nm、470nm、390nm,能带间隙分别为2.06eV、1.86eV、2.21eV;而三种聚合物薄膜的最大吸收波长分别为482nm、542nm、460nm,三种聚合物溶液的最大发射峰位置分别在531nm、535nm、527nm处。采用乙醇／水体系合成了3-噻吩甲醛缩对氨基苯磺酸,利用傅里叶红外光谱仪对单体进行了结构表征；然后采用Fe(Ⅲ)催化氧化法对单体进行聚合,制备了聚(3-噻吩甲醛缩对氨基苯磺酸)。用红外光谱对聚合物的结构进行了表征确认,GPC结果表明聚合物的相对分子质量是6980,分子量分布宽度为1.37；用差示扫描量热仪(DSC)对聚合物的热稳定性进行了测试,结果表明聚合物的玻璃化转变温度Tg为153℃,具有较好的热稳定性,符合共轭聚合物作为有机光伏材料的基本要求。
【作者】顾永强；
【导师】陈卫星；
【作者基本信息】西安工业大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】密度泛函理论；不同烷基型聚噻吩；希夫碱型聚噻吩；有机聚合物光伏材料；

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