碳化聚合物點(diǎn)作為一類新興納米材料,具有成本低、毒性低、光學(xué)性能優(yōu)異、合成方法簡(jiǎn)單、原料來(lái)源廣泛、性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)境友好等優(yōu)異特性。因此它們可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、傳感器件、納米復(fù)合材料、光電器件等諸多領(lǐng)域。本論文旨在通過(guò)合成具有不同表面基團(tuán)的碳化聚合物點(diǎn),探究其功函修飾能力及其作為界面修飾層在聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。具體來(lái)講,本論文工作可以歸納為如下兩個(gè)方面。第一部分的工作內(nèi)容:合成表面帶有不同基團(tuán)的兩種碳化聚合物點(diǎn),并將它們分別用作兩極界面修飾層同時(shí)應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池中。碳化聚合物點(diǎn)具有豐富且易修飾的表面基團(tuán),通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)控反應(yīng)原料檸檬酸和乙二胺的比例使碳化聚合物點(diǎn)表面分別修飾上較多的具有推電子能力的氨基和較多的具有吸電子能力的羧基,它們就分別具有了降低基底功函和提升基底功函的能力,因此可以在聚合物太陽(yáng)能電池中同時(shí)作為陰極界面修飾層和陽(yáng)極界面修飾層。在這部分工作中,碳化聚合物點(diǎn)的功函修飾能力被系統(tǒng)地進(jìn)行了研究表征,而且這種單一體系材料同時(shí)用作兩極界面修飾層的特點(diǎn)可以簡(jiǎn)化材料設(shè)計(jì)及制備工藝、降低成本。此外,碳化聚合物點(diǎn)自身的綠色、廉價(jià)、穩(wěn)定等優(yōu)異特性,使其成為更多光電領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用生產(chǎn)中的潛在界面層材料。第二部分的工作內(nèi)容:合成具有含氟基團(tuán)的碳化聚合物點(diǎn),將其用作陽(yáng)極界面修飾層應(yīng)用于水相綠色太陽(yáng)能電池中。相較于陰極界面修飾層,陽(yáng)極界面層的研究較少,而且目前常用的陽(yáng)極界面層材料大多存在一些缺陷,如PEDOT:PSS雖然其導(dǎo)電性、水/醇溶性較好,但因其自身的吸濕性和酸性會(huì)導(dǎo)致器件穩(wěn)定性大幅度降低。因此開發(fā)含氟的碳化聚合物點(diǎn)作為陽(yáng)極界面修飾層十分必要。電負(fù)性較高的氟基團(tuán)具有較強(qiáng)的吸電子能力,因此其提升基底功函的能力更強(qiáng),可以作為有效的界面材料。在這部分工作中,將其應(yīng)用在以水相聚合物聚苯乙炔(PPV)和水相量子點(diǎn)碲化鎘(CdTe)為活性層的電池中,實(shí)現(xiàn)了真正綠色環(huán)保器件的構(gòu)筑,避免了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用有機(jī)溶劑可能帶來(lái)的污染危害。綜上所述,本文通過(guò)簡(jiǎn)單地調(diào)控反應(yīng)原料合成了含有不同表面基團(tuán)的碳化聚合物點(diǎn),對(duì)它們的功函修飾能力和相應(yīng)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究并將其應(yīng)用在太陽(yáng)能電池中作為兩極界面修飾層,提升了現(xiàn)有電池體系的光電轉(zhuǎn)換效率,同時(shí)也開拓了碳化聚合物點(diǎn)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

圖 1.1 （a）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡（TEM）圖像[11]；（b）（c）（d）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像[11]；（e）還原石墨烯片層的 XRD 圖譜[14]；（f）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的 XRD 圖譜[15]；（g）具有聚合物性質(zhì)的碳點(diǎn)的 XRD 圖譜[16]；（h）還原石墨烯片層的拉曼圖譜[14]；（i）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的拉曼圖譜[15]；（j）具有聚合物性質(zhì)的碳點(diǎn)的拉曼圖譜[17]。圖 1.2 聚合物、碳化聚合物點(diǎn)與傳統(tǒng)碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖[18]。

尺寸的熒光點(diǎn)稱為碳化聚合物點(diǎn)（也稱聚合物碳點(diǎn)）[18,19]。如圖1.2 所示，碳化聚合物點(diǎn)本質(zhì)上是一種介于傳統(tǒng)碳點(diǎn)與聚合物之間的過(guò)渡結(jié)構(gòu)[18]。圖 1.1 （a）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的透射電子顯微鏡（TEM）圖像[11]；（b）（c）（d）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像[11]；（e）還原石墨烯片層的 XRD 圖譜[14]；（f）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的 XRD 圖譜[15]；（g）具有聚合物性質(zhì)的碳點(diǎn)的 XRD 圖譜[16]；（h）還原石墨烯片層的拉曼圖譜[14]；（i）傳統(tǒng)碳點(diǎn)的拉曼圖譜[15]；（j）具有聚合物性質(zhì)的碳點(diǎn)的拉曼圖譜[17]。圖 1.2 聚合物、碳化聚合物點(diǎn)與傳統(tǒng)碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖[18]。

第一章 緒論制備碳化聚合物點(diǎn)的原料來(lái)源廣泛，多數(shù)具有豐富反應(yīng)基團(tuán)（如氨基、羥基、羧基等）的有機(jī)小分子都可以用作原料。如圖 1.3 所示，葡萄糖、甘氨酸、丙酮等小分子均可被選作合成碳化聚合物點(diǎn)的原料[20-23]。在水熱合成方法中，碳化聚合物點(diǎn)的形成與聚合過(guò)程很相似。在反應(yīng)的初始階段，反應(yīng)物的碰撞隨溫度的升高而變得愈加劇烈，反應(yīng)物基團(tuán)之間開始發(fā)生脫水和縮合，從而形成較長(zhǎng)的分子鏈。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，在高溫高壓條件下，一些潛在反應(yīng)的活化能降低，因此更多的反應(yīng)得以進(jìn)行，從而有利于聚合物簇的進(jìn)一步增長(zhǎng)和局部的碳化，從而最終形成碳化聚合物點(diǎn)。
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本文編號(hào)：2889802