噻吩改性聚乙烯基咔唑的合成与表征

bb20920d · 发表于 2022-4-15 13:43:14

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雅宝题库解析：
聚合物基太阳能电池能量转换效率低的主要原因是共轭聚合物吸收光谱与太阳光谱不匹配及其载流子迁移率低，所以合适的太阳能电池给体材料和受体材料是提高电池效率的重要因素之一。目前常用的受体材料主要是C60系列，而给体材料的研究却很活跃，其中咔唑类材料具有较好的热性能和光电性能及其2、7位很容易进行化学修饰，可以引入各种取代基或官能团以适应各种应用需要，此外研究较多的噻吩类材料在整个可见光范围内也有很好的吸收。本文结合乙烯基咔唑和噻吩材料的优点，采用两种合成路线制备了同时含有噻吩和咔唑基团的新型聚合物。第一种合成路线，以乙烯基咔唑为原料，首先通过自由基反应制备聚乙烯基咔唑，然后通过Suzuki反应制备出目标产物PVK-S1。该方法制备过程简单，但侧链噻吩取代率为88%；所得聚合物分子量Mn=5632，多分散系数PDI=1.5；玻璃化转变温度Tg=251.1 ℃(相对聚乙烯基咔唑的玻璃化转变温度提高了约40℃)；紫外-可见吸收光谱中，改性聚乙烯基咔唑相对于单体乙烯基咔唑所对应的吸收峰有红移；荧光发射光谱结果表明，在相同溶液浓度与激发波长的条件下，噻吩改性聚乙烯基咔唑的最大荧光发射峰的荧光强度比单体乙烯基咔唑增强了2倍；噻吩改性聚乙烯基咔唑PVK-S1的能隙为1.44eV。第二种合成路线是以乙烯基咔唑为原料，首先由Suzuki反应合成出噻吩改性的乙烯基咔唑单体材料，然后通过阴离子聚合合成出目标聚合物PVK-S2。该方法合成条件相对严苛，侧链噻吩取代率高，所得聚合物分子量Mn=2486，多分散系数PDI=1.1，玻璃化转变温度Tg=237.1℃，紫外-可见光谱结果表明，噻吩改性乙烯基咔唑聚合物PVK-S2相对于乙烯基咔唑所对应的吸收峰有红移，且吸收强度增大；荧光发射光谱结果表明，聚合物PVK-S2较单体原料的最大发射波长红移了100 nm；PVK-S2的能隙1.53eV。通过两种方法设计合成了侧链含噻吩基团的改性聚乙烯基咔唑聚合物，采用核磁、红外光谱、质谱、X-射线荧光光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法、紫外可见光谱、荧光发射光谱及循环伏安法等测试手段对其结构和性能进行表征，结果发现聚合物PVK-S2表现出良好的热性能，光学性能以及电性能，是一种潜在的太阳能电池给体材料。

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