含噻吩共軛導(dǎo)電共聚物的合成及性能研究.pdf

1、聚噻吩衍生物是一類重要的導(dǎo)電聚合物，它們常常因具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性、電化學(xué)活性、可加工性以及摻雜后具有很高的導(dǎo)電性，被廣泛地應(yīng)用在光學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。近年來，聚噻吩衍生物因其在光伏電池、發(fā)光器件及場(chǎng)效應(yīng)管等方面的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。本論文主要通過Pd催化的Stille偶聯(lián)反應(yīng)設(shè)計(jì)合成三種基于噻吩的導(dǎo)電共軛聚合物，對(duì)它們分別進(jìn)行了1HNMR、13CNMR和FT-IR等結(jié)構(gòu)表征，同時(shí)表征了分子量、熱性能、紫外-可見吸收光譜、熒光光譜

2、和電化學(xué)性能，計(jì)算了共聚物的HOMO(最高占有軌道)、LUMO(最低非占有軌道)能級(jí)以及電化學(xué)帶隙能。對(duì)聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間和催化劑的用量對(duì)聚合物分子量的影響進(jìn)行了探討；并對(duì)聚合物性能進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較。主要內(nèi)容如下：
　　1.以2-溴-3-己基噻吩為原料，在鈀催化劑的作用下，制備了單體1：5,5-二溴-4,4-二己基-2,2-聯(lián)噻吩。此單體和2,5-雙(三丁基錫)噻吩在Pd催化劑作用下發(fā)生Stille偶聯(lián)反應(yīng)，合成一種基

3、于噻吩的交替共軛共聚物，對(duì)該共聚物進(jìn)行分子量、熱性能、紫外-可見吸收、熒光和電化學(xué)等性能測(cè)試。GPC測(cè)試表明，共聚物數(shù)均分子量為12500g/mol，分子量分布為1.78；熱重測(cè)試表明，該共聚物在N2氣氛中具有良好的熱穩(wěn)定性。紫外-可見吸收光譜和熒光光譜表明，聚合物的最大吸收峰和最大發(fā)射峰分別位于465nm和573nm處。對(duì)聚合物的電化學(xué)性能進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，利用初始氧化電位和初始還原電位計(jì)算，發(fā)現(xiàn)聚合物具有較窄的帶隙，僅為1.60eV

4、，這使該聚合物在太陽能電池方面具有潛在的應(yīng)用。溶解性測(cè)試表明，聚合物具有良好的溶解性，易溶于常見的有機(jī)溶劑，如二氯甲烷，氯仿，四氫呋喃，苯和甲苯中。
　　2．以對(duì)苯二酚，1-溴正己烷為原料制備1,4-雙己氧基苯，再與碘作用合成共聚單體2：1,4-二碘-2,5-二己基苯。該單體和1,4-二溴-2,5-二癸氧基苯分別與2,5-雙(三丁基錫)噻吩發(fā)生Stille偶聯(lián)，得到兩種不同分子量的含噻吩-苯的交替共聚物。它們的數(shù)均分子量分別為47

5、00g/mol和5000g/mol，分子量分布分別為1.79和1.81。對(duì)共聚物的溶解性、熱性能、紫外-可見吸收、熒光和電化學(xué)等方面的性能進(jìn)行測(cè)試。溶解性測(cè)試表明，聚合物具有良好的溶解性，能溶于常見的有機(jī)溶劑，如二氯甲烷，氯仿，四氫呋喃，苯和甲苯中。從室溫升至600°C的熱重分析表明，兩種共聚物的熱分解溫度分別為180°C和375°C，可見在此條件下P3較P2更穩(wěn)定。兩種聚合物的光學(xué)性質(zhì)相近，最大吸收峰和發(fā)射峰均位于460nm和530n

6、m附近。兩種聚合物電化學(xué)帶隙較窄，帶隙能分別為1.46eV和1.45eV。
　　3．對(duì)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和催化劑用量對(duì)聚合物分子量的影響進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)該聚合反應(yīng)在反應(yīng)溫度為110°C，反應(yīng)時(shí)間為48h，催化劑的用量為單體2mol％時(shí)，得到的聚合物分子量最高，數(shù)均分子量分別為12500g/mol，4700g/mol和5000g/mol。同時(shí)，對(duì)三種共聚物的熱性能、光學(xué)性能和電化學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三種聚合物在氮?dú)鈿夥罩芯休^好的熱穩(wěn)