新型聯苯胺基窄帶隙共軛聚合物的光學及電化學性能研究

【摘要】：隨著化石燃料的日益枯竭，人類社會對能源的需求在不斷增長。為了平衡能量應用需求并提升能量使用效率，開發高效能量轉換材料與電化學儲能材料成為當前研究的重要課題。導電聚合物基電極材料面臨著相應儲能器件能量密度、功率密度、循環性能不高的挑戰，需進行結構改性提高電導率、改善界面性質。鑒于共軛高分子的電子結構、光學及電化學性質由共軛鏈骨架結構決定，對導電共軛聚合物進行結構修飾以提升其電荷傳輸性能和載流子遷移率，進而設計合成新型高遷移率導電聚合物基共軛聚合物是提高相應器件特性的關鍵所在。已有研究大多借助復雜的結構設計來實現提升遷移率，設計合成了結構簡單，有助提升電荷遷移的新型窄帶隙聚聯苯胺基共軛聚合物聚物。通過光譜學及電化學方法對材料結構與性能進行了表征分析。采用核磁共振氫譜、紅外光譜，X射線粉末衍射對單體及聚合物進行了結構表征，通過紫外光譜、紫外可見漫反射、循環伏安、計時電位、交流阻抗對其進行了光學及電化學性能測試。結果表明，成功制得具有預期結構的共軛聚合物，所得聚合物結晶性較佳，光學帶隙E_g~(opt)為1.85eV,HOMO及LUMO能級分別為-5.44和-3.59eV，前者高于，后者則低于大部分文獻值，呈現可同時促進p-型和n-型摻雜的結構特性，具備增強材料容納電荷能力的性能優勢。聚合物儲能特性受化學結構、晶體結構及微觀形貌綜合影響。改善材料微觀結構特性有助于提升其電子電導率，但層狀致密塊體形貌特征又使其離子電導率受限。電化學性能測試結果顯示，聚合物具有一定電化學活性，具有較小的電荷轉移阻抗，具備基本滿足使離子順利擴散的條件，0.05A·g~(-1)時的放電比電容達256.6F·g~(-1)。研究結果表明，制得的聯苯胺基窄帶隙共軛聚合物在光電轉換、儲能及微型電子器件中有廣闊的應用前景。