跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.226.244.254) 您好!臺灣時間:2021/08/01 03:01
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:袁以馨
研究生(外文):Yi-Hsin Yuan
論文名稱:三噻吩於聚噻吩側鏈之合成與性質探討
論文名稱(外文):Synthesis and Characterization of Polythiophenes with Terthiophene Pendant Group
指導教授:芮祥鵬芮祥鵬引用關係王立義
口試委員:張淑美
口試日期:2012-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:有機高分子研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:157
中文關鍵詞:聚噻二維共軛高分子駢環高分子太陽能電池
外文關鍵詞:polythiophenetwo-dimensional polymerfused ring
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:159
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本篇研究,合成一系列以噻吩(thiophene)為架構的二維共軛高分子-p(2EHT-BT)、p(2EHT-TT)、p(2EHT-DTT)以及p(3EHT-DTT)。該高分子的側鏈具有共軛結構的三噻吩基團,並在兩個末端噻吩環上接有乙基己基(ethylhexyl)鏈來增加材料的溶解度。主鏈導入雙噻吩 (bithiophene)和駢環 (fused ring) 之雙環 (thieno[3,2-b]thiophene) 與三環 (dithieno[3,2-b:2′,3′-a]thiophene) ,研究共軛長度對於結晶行為、光學及電化學性質之影響。本研究合成出之中間物與單體以及最終高分子聚合物均應用核磁共振儀(1H NMR、13C NMR) 及質譜儀 (MS) 鑑定其分子結構、搭配X光單晶繞射儀(XRD) 做結晶測試、使用凝膠滲透層析 (GPC) 對聚合之高分子進行分子量特性分析、表面功函數分析做能隙值與HOMO、LUMO的能階值測量,並以紫外光-可見光光譜儀測量其光譜吸收範圍以及吸收係數。
實驗結果顯示,在單體間導入不同共軛長度的噻吩衍生物,能夠有效控制結晶性之產生。而使用高平面性之駢環更能有效提升其結晶性。在吸收光譜表現上,主鏈中導入較長共軛長度且具較好平面性駢環單體之高分子材料 (p(2EHT-DTT)及p(3EHT-DTT)),相較於同系列之高分子材料 (p(2EHT-BT)、p(2EHT-TT))具有更廣的吸收範圍 (350~660 nm)。另外,電化學分析數據證明該等二維結構可有效降低高分子的HOMO能階,有利於提升材料的環境穩定性,可用於製備具有高開環電壓的高分子太陽能電池。


In this study, a series of new two-dimensional polythiophene derivatives with terthiophene as pendant group, including p(2EHT-BT), p(2EHT-TT), p(2EHT-DTT) and p(3EHT-DTT), were designed and synthesized. To enhance the solubility, the two terminal thiophene rings of the terthiophene unit were incorporated with ethylhexyl groups. Moreover, the bithiophene (BT) and fused thiophene families, thieno[3,2-b]thiophene (TT) and dithieno[3,2-b:2 '', 3 ''-a]thiophene (DTT), were applied as comonomer to vary the distance between two bulky terthiophene-bearing monomer and increase the extent of coplanarity of the polymer main chain. All intermediates, monomers and polymer products were characterized with 1H NMR, 13C NMR and EI mass spectrometry. Gel permeation chromatography (GPC) was employed to determine the molecular weight characteristics of the final polymers.
As indicated by the XRD diffraction patterns, the insertion of BT and DTT as a spacer between two bulky monomer substantially increases the crystallinity of polymer chains. Also, the fused structure of the comonomer further enhances the crystallinity of the polymer. Additionally, both p(2EHT-DTT) and p(3EHT-DTT) exhibit more red-shifted absorption maxima and wider absorption spectra (350~660 nm) than those of p(2EHT-BT) and p(2EHT-TT), indicating the formers have longer conjugation length and better main-chain planarity compared with the latters. Importantly, CV measurements demonstrate that the HOMO level of these two two-dimensional polymers is apparently lower than that of P3HT, suggesting an improved environmental stability and an potential acceptor material for developing high-open-circuit voltage polymer solar cells.


目錄

摘要 I
ABSTRACT III
圖目錄 VIII
表目錄 XII
單體- 2EHT-M、3EHT-M之合成路徑圖 XIV
單體- BT-M、TT-M、DTT-M之合成路徑圖 XV
p(2EHT-BT)、p(2EHT-TT)、p(2EHT-DTT)、p(3EHT-DTT)之合成路徑圖 XVI
化合物結構圖對照表 XVII
第一章、 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 高分子太陽能電池介紹 3
1-2-1 異質接面 (Bulk heterojunction) 太陽能電池結構 3
1-2-2 高分子太陽能電池工作原理 4
1-3 高分子材料介紹 5
1-3-1 設計理想高分子材料具備特性 5
1-3-2 高分子材料結構 8
1-3-3 高分子材料結構設計與能隙 (Eg) 之關係 9
1-4 文獻回顧 11
1-4-1 二維共軛高分子(Two-dimension conjugated polymer)之聚噻吩衍生物 11
1-4-2 駢環系統(Fused Ring System) 17
1-5 高分子設計 21
1-5-1 溶解度改善 21
1-5-2 主鏈上導入駢環系統(Fused Ring System) 22
1-5-3 改變共軛側鏈上乙基己基鏈位置 23

第二章、 實驗 24
2-1 化學試劑 24
2-1-1 試劑對照表 24
2-1-2 試劑除水方式: 27
2-2 實驗儀器 28
2-2-1 核磁共振光譜儀 (Nuclear Magnetic Resonance spectrometer ) 28
2-2-2 質譜儀 ( Mass Spectrometer ) 28
2-2-3 X光譜繞射儀 (X-ray Diffraction;XRD) 28
2-2-4 紫外光可見光吸收光譜儀 (Ultraviolet–Visible Spectrometer) 29
2-2-5 凝膠滲透層析 (Gel Permeation Chromatography;GPC) 29
2-3 合成步驟 30
Part A.—2EHT-M、3EHT-M 30
2-3-1 2,5-dibromo-3-methylthiophene (1) 的合成 30
2-3-2 2,5-dibromo-3-(bromomethyl)thiophene (2) 的合成 31
2-3-3 2,5-dibromo-3-triphenylphosphoniomethylbromothiophene (3) 的合成 32
2-3-4 2,5-dibromothiophene-3-carbaldehyde (4) 的合成 33
2-3-5 2-(2-Ethylhexyl)thiophene (5) 的合成 34
2-3-6 tributyl(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)stannane (6) 的合成 35
2-3-7 5''5''-(2-ethylhexyl)-2,5''-trithiophene-3-carbaldehyde (7) 的合成 36
2-3-8 2EHT-M 的合成 37
2-3-9 3-(2-ethylhexyl)thiophene (8) 的合成 38
2-3-10 tributyl(4-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)stannane (9) 的合成 39
2-3-11 5''5''-(3-ethylhexyl)-2,5''-trithiophene-3-carbaldehyde (10)的合成 40
2-3-12 3EHT-M 的合成 41
Part B.— BT-M、TT-M、DTT-M 42
2-3-13 2,2''-bithiophene (11) 的合成 42
2-3-14 5,5''-bis(trimethylstannyl)-2,2''-bithiophene (BT-M)的合成 43
2-3-15 3-bromothiophene-2-carbaldehyde (12) 的合成 44
2-3-16 ethyl thieno[3,2-b]thiophene-2-carboxylate (13) 的合成 45
2-3-17 2,5-dibromothieno[3,2-b]thiophene (14) 的合成 46
2-3-18 thieno[3,2-b]thiophene (15) 的合成 47
2-3-19 2,5-bis(trimethylstannyl)thieno[3,2-b]thiophene (TT-M)的合成 48
2-3-20 perbromothiophene (16) 的合成 49
2-3-21 3,4-dibromothiophene-2,5-dicarbaldehyde (17) 的合成 50
2-3-22 ethyl dithieno[3,2-b:2′,3′-a]thiophene-2,6 -dicarboxylate (18) 的合成 51
2-3-23 2,6-dibromodithieno[3,2-b:2'',3''-d]thiophene (19) 的合成 52
2-3-24 dithieno[3,2-b:2'',3''-d]thiophene (20) 的合成 53
2-3-25 2,6-Bis-trimethylstannanyl-dithieno[3,2-b:2’,3’-d]thiophene (DTT-M) 的合成 54
Part C.—聚合 p(2EHT-BT)、p(2EHT-TT)、p(2EHT-DTT)、p(3EHT-DTT) 55
2-3-26 p(2EHT-BT) 之聚合 55
2-3-27 p(2EHT-TT) 之聚合 56
2-3-28 p(2EHT-DTT) 之聚合 57
2-3-29 p(3EHT-DTT) 之聚合 58
第三章、 結果與討論 59
3-1 結構合成 59
3-2-1 單體合成路徑 59
3-2-2 合成反應研究 62
3-2 核磁共振圖譜結構分析鑑定 64
3-2-1 2EHT-M之1H及13C NMR結構分析與鑑定 64
3-2-2 3EHT-M之1H 及13C NMR結構鑑定 67
3-3 質譜 (EI) 結構分析鑑定 70
3-3-1 單體前驅物之質譜結構鑑定 70
3-3-2 單體之質譜結構鑑定 73
3-4 X光繞射圖譜分析 76
3-5 光學性質分析 79
3-6 電化學性質分析 86
第四章、 結論 89
附錄 93




[1]方洪,能源危機的反思,新紀元周刊, 2007, 27
[2]KRI Report No. 8. Solar Cell February 2005.
[3]R.W. Miles, K.M. Hynes, I. Forbes, Prog. Cryst. Grow. Char. Mater., 2005, 51, 1
[4]W. H. Chen, J. H. Pan and Y. M. Chou, “ Conjugated Polymer-based Solar Cells,” Chemistry, 2009, 67, 61
[5]Y. J. Cheng, S. H. Yang, C. S. Hsu, Chem. Rev. 2009, 109, 5868
[6]G. Yu, Y. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789.
[7]N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudi, Science 1992, 258, 1474
[8]http://www.docstoc.com/docs/22679537/Introduction-to-polymer-solar-cells
[9]M. C. Scharber, D. Muhlbacher, M. Koppe, P. Denk, C. Waldauf, A. J. Heeger, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2006, 18, 789
[10]A. Moliton, J. M. Nunzi, Polym. Int. 2006, 55, 583
[11]http://www.pveducation.org/pvcdrom/.
[12]H. Zhou, L. Yang, W. You, Macromolecules 2012, 45, 607
[13]P. Kovzcic, M. B. Jones, Chem. Rev. 1987, 87, 357.
[14]A. F. Diaz, K. K. Kanazawa, G. P. Gardini, J. Chem. Soc. Chem.Commun. 1979, 635.
[15]A. F. Diaz, J. C. Lacroix, New J. Chem. 1988, 12, 171.
[16]A. F. Diaz, Chem. Scr. 1981, 17, 142.
[17]Y. S. Lee, M. Kertesz, J.Chem. Phys. 1988, 88, 2609.
[18]J. Roncali, Chem. Rev. 1997, 97, 173
[19]J. C. Horne, G. J. Blanchard, E. LeGoff, J. Am. Chem. Soc.1995, 117, 955.
[20]J. Guay, P. Kasai, A. Diaz, R. Wu, J. Tour, L. H. Dao, Chem. Mater. 1992, 4, 1097.
[21]P. M. Grant, I. P. Batra, Solid State Commun. 1979, 29, 225.
[22]J. Hou, L. Huo, C. He, C. Yang, Y. F. Li, Macromoleculs 2006, 39, 594
[23]J. Hou, C. Yang, C. He, Y.F. Li, Chem. Commun. 2006, 871
[24]J. Hou, Z. Tan, Y. Yan, Y.F. Li, et al., J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4911
[25]Z. G. Zhang, S. Zhang, J. Min, Y. F. Li, et al., Macromolecules 2012, 45, 113
[26]M. Wan, G Sang, Y. F. Li, et al. J. Appl. Polym., Science 2009, 113, 1415
[27]J. Hou, T. L. Chen, S. Zhang, Yang, Y., J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 1601
[28]F. Huang, K. S. Chen, H. L. Yip, S. K. Hau, O. Acton, Y. Zhang, J. Luo, et al., J. Am. Chem. Soc. 2009, 131,13886
[29]C. Duan, W. Cai, F. Huang, J. Zhang, M. Wang, Y. Cao et al., Macromolecules 2010, 43, 5262
[30]C. Duan, K. S. Chen, F. Huang, J. Zhang, Y. Cao et al., Chem. Mater. 2010, 22, 6444
[31]J. Chen, Y. Cao, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1709
[32]J. March, Advanced Organic Chemistry; Wiley: New York, 1985.
[33]J. Peet, J. Y. Kim, N. E. Coates, W. L. Ma, D. Moses, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Nature Mater. 2007, 6, 497
[34]H. Zhou, L. Yang, A. C. Stuart, S. C. Price, S. Liu, W. You, Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 2995
[35]R. C. Coffin, J. Peet, J. Rogers, G. C Bazan, Nature Chem. 2009, 1 , 657
[36]S. H. Park, A. Roy, S. Beaupre, S. Cho, N. Coates, J. S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee, A. J. Heeger, Nature Photonics, 2009, 3, 297
[37]N. Allard, R. d. B. Aïch, D. Gendron, P. L. T. Boudreault, C. Tessier, S. Alem, S. C. Tse, Y. Tao, M. Leclerc, Macromolecules,2010, 43, 2328
[38]H.Y. Chen, J. Hou, S. Zhang, Y. Liang, G. Yang, Y. Yang,et al., Nature Photonics 2009, 3, 649
[39]D. Milstein, J. K. Stille, J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3636
[40]Georg Wittig, Ulrich Schöllkopf., Chem. Ber. 1954, 87: 1318.


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊