平面共役高分子・液晶としてのキメラ分子設計とその電子機能性

嵌合分子设计及其作为平面共轭聚合物/液晶的电子功能

基本信息

批准号：
14J01480
负责人：
井出茉里奈
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有機薄膜太陽電池(OPV)に用いる高分子材料の電子受容性基として、チエノイソインディゴ(TIIDG)、ベンゾチエノイソインディゴ(BTIDG)を合成し、OPVへ応用した。特に、昨年成功した非対称性の導入による効率の向上から、非対称BTIDG を電子受容性基とした高分子材料に注目した。まず、非対称BTIDGの電子受容性を制御するために、エネルギー準位や結晶性を考慮して、BTIDGのベンゼン環部位にフッ素を導入し、フッ素化BTIDG(F-BTIDG)を合成した。合成経路の開拓、及び精製を繰り返し、純度の高いF-BTIDGを得ることに成功した。F-BTIDGと組み合わせるのに最適な電子供与性基をDFT計算から求め、ターチオフェンを選択した。また、昨年の研究結果から、BTIDG骨格で用いたBBTzを組み合わせ、フッ素化BTIDG共重合体も合成した。以前に合成した共重合体と比較するため、共重合体材料のOPV特性評価を行い、さらにSPring-8でのX線構造解析などで詳しい積層構造を明らかにした。さらに、BTIDGの左右非対称性を活かし、規則性共重合体を考案した。BTIDGの左右に異なるハロゲン置換基を導入し、単一カップリング重合反応を用いる合成を試みたものの、BTIDGのベンゼン環とチオフェン環に反応性の違いがほとんどないため、合成による差異を見出せなかった。一連の研究において、BTIDGは非対称であるが、反応性に大きな違いがないことが判明した。これにより、BTIDG共重合体中では左右がランダムにカップリングされていると明らかになった。また、フッ素化したBTIDG共重合体の合成により、電子供与性基の最適化が積層構造に大きな影響を与えることわかった。

在有机薄膜太阳能电池中使用的聚合物材料（OPVS）中，将硫代菌（TIIDG）和苯甲酸酯（BTIDG）合成为电子受体基团，并应用于OPV。特别是，由于去年成功引入不对称性引起的效率提高，我们专注于使用不对称BTIDG作为电子接受组的聚合物材料。首先，为了控制不对称BTIDG的电子接受，考虑到能量水平和结晶度，将氟引入了BTIDG的苯环位点，并合成了氟化的BTIDG（F-BTIDG）。高度纯化的F-BTIDG通过反复开发和纯化合成途径成功获得。通过DFT计算确定了与F-BTIDG组合的最佳电子捐赠组，并选择了Terthiyophene。此外，从去年研究的结果中，通过组合BBTZ合成了氟化的BTIDG共聚物，该BBTZ用于BTIDG骨架中。为了与先前合成的共聚物进行比较，评估了共聚物材料的OPV特性，并通过使用Spring-8通过X射线结构分析揭示了详细的层压结构。此外，我们通过利用BTIDG的不对称性设计了常规共聚物。尽管我们试图通过在BTIDG的左右引入不同的卤素取代物来使用单个耦合聚合反应进行合成，但BTIDG的苯和噻吩环之间的反应性几乎没有差异，因此由于合成而没有发现差异。一系列研究发现，BTIDG是不对称的，但反应性没有显着差异。这表明左侧和右侧是在BTIDG共聚物中随机耦合的。此外，已经发现，由于合成氟化的BTIDG共聚物，优化电子粉状组对层压结构具有重大影响。