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酞菁类光电功能材料的制备和性能研究

晁伟  
【摘要】: 酞菁类化合物是一类重要的有机半导体材料,它具有化学稳定性和热稳定性好、无毒、对可见光和近红外光有较强的吸收等优点,是构筑有机光受体、太阳能电池、电致发光和薄膜晶体管等光电器件的重要功能材料。本论文的研究目的是开发一类基于纳米级酞菁的高性能正充电有机光受体,与此同时研制基于酞菁复合材料的新型电化学催化剂。本论文的主要内容包括以下三个方面: 一.为了研制高性能的有机光受体,我们成功制备了纳米级酞菁氧钛光导体(N-TiOPc)。N-TiOPc纳米粒子尺寸分布在2-16 nm之间,平均粒径为3.6 nm。在不加入任何保护剂的情况下,TiOPc纳米粒子可以在1,2-二氯乙烷(DCE)、邻二氯苯等有机溶剂中超声分散得到稳定的有机溶胶。基于N-TiOPc/PC的单层有机光受体在正充电的工作模式下显示出良好的光导电性能。本论文中,我们对酞菁有机胶体的稳定机理和基于酞菁纳米粒子的单层有机光受体中载流子的传输机理进行了深入的研究,与此同时还考察了影响光受体性能的多种因素。 二.在合成电子传输材料方面,我们利用三聚茚酮和氰基乙酸酯经Knoevenagel缩合反应合成了一类性能优良的电子传输材料(R-TITC)。在反应过程中使用超声可将产率提高一个数量级以上(从低于3 %到40 %)。多个氰基乙酸酯的引入不仅使产物具有较大的共轭体系,同时赋予R-TITC以较高的电子亲合能(约3.9 eV)和较好的溶解性。R-TITC与TiOPc能级匹配,有利于光照下的电荷分离,由两者构成的有机光受体在正充电模式下表现出良好的光导电性能。 三.为了研制性能优良的燃料电池催化剂,我们将Pt纳米粒子与酞菁铁(FePc)共同负载在碳载体上制备出一系列不同负载量的Pt-FePc/C电催化剂。将Pt-FePc/C作为DMFC阴极催化剂应用于催化氧还原反应中,其中Pt负载量为10 wt%,FePc负载量为50 wt%的Pt-FePc/C催化剂的电催化性能最佳,其氧还原电催化活性可与商用Pt/C催化剂相媲美,而且耐甲醇性大大提高,是一种极具潜力的低温燃料电池阴极催化剂。


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