【摘要】：共軛聚合物半導(dǎo)體材料既具有金屬、半導(dǎo)體的電化學(xué)和光學(xué)性能,又能保留傳統(tǒng)聚合物材料的機械性能和加工性能,同時還可以方便地利用分子設(shè)計對化學(xué)結(jié)構(gòu)進行改變或者修飾來調(diào)控和改善其物理和化學(xué)性能,體現(xiàn)出無機材料無法比擬的優(yōu)勢。自從1977年Shirakawa、MacDiarmid和Heeger發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚乙烯以來,共軛聚合物半導(dǎo)體材料研究工作全面開展,逐漸形成了包括共軛聚合物設(shè)計與合成、共軛聚合物光電功能材料、共軛聚合物光催化水制氫、共軛聚合物鋰電的性能研究領(lǐng)域。本文通過在2,7-咔唑分別引入苯并噻二唑和單氟取代苯并噻二唑,研究了氟元子的引入對聚合物半導(dǎo)體材料光催化水制氫性能的影響;芘與三聚咔唑和2,7-咔唑分別結(jié)合,研究了新型電子給體單元三聚咔唑?qū)酆衔锇雽?dǎo)體材料光催化水制氫性能的影響;三苯胺與三聚咔唑和2,7-咔唑結(jié)合,研究了高共軛和富氮單元三聚咔唑?qū)酆衔锇雽?dǎo)體材料鋰電正極性能的影響,主要結(jié)論如下:1.通過使用來自咔唑基和兩種苯并噻二唑單體的Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)化學(xué)合成了兩個共軛線性聚合物網(wǎng)絡(luò)。探索了聚合物CZ-BT和CZ-FBT用于從水中光催化產(chǎn)生氫氣。基于由咔唑和單氟取代苯并噻二唑單元組成的共軛聚合物,研究了氟取代對光學(xué)帶隙和光催化劑工藝的影響。對比這兩種聚合物,表明氟取代略微改變了共軛結(jié)構(gòu),增強了電離勢,并導(dǎo)致了紫外吸收的輕微的藍移和催化性能的提升。我們還觀察到單氟取代可以大大提高催化材料的載流子遷移率。這些觀察表明,基于氟取代的開發(fā)的共聚物可能是有機催化劑的有希望的策略。2.在Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)下合成了兩種基于三聚咔唑,芘和咔唑單體的共軛聚合物半導(dǎo)體,并研究了用于光催化水析出氫的性能。研究了聚合物對光學(xué)性質(zhì)和光催化活性性能的影響。UV-vis吸收光譜表明包含TAT-PY的共聚物相對于CZ-PY的輕微紅移。與CZ-PY相比,聚合物TAT-PY在紫外可見光照射下顯示出4.5μmol~(-1)的較高的析氫速率,這可能是由于高度共軛,更好的平面性。3.通過使用兩種咔唑單元和三苯胺單體的Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)化學(xué)合成了兩種共軛多孔有機聚合物網(wǎng)絡(luò)。通過與TPA-CZ相比,構(gòu)建了內(nèi)置的氧化還原活性位點和高度共軛骨架,探索了聚合物TPA-TAT的可再充電鋰電池的能量存儲。具有高自由基密度結(jié)構(gòu)的TPA-TAT首先被用作正極材料,并呈現(xiàn)兩個平臺,容量為68mAhg~(-1)。而且,經(jīng)過1000個循環(huán)后,TPA-TAT的放電容量仍然高于TPA-CZ的初始容量。紫外可見光譜和EIS測試表明TPA-TAT聚合物體內(nèi)的電荷遷移比TPA-CZ更平滑,這可能歸因于密集自由基位點和高度共軛結(jié)構(gòu)。與TPA-CZ相比,TPA-TAT改進的電化學(xué)性能表明它是設(shè)計和制備高自由基密度正極的有效策略。
【圖文】：

圖 1-1：光催化水制氫能源利用系統(tǒng)1. Schematic diagram of photocatalytic hydrogen generahydrogen energy system. 型 TiO2電極上水的光電化學(xué)分解發(fā)現(xiàn)氫析出能光催化水分解產(chǎn)生氫的技術(shù)被認為是解決法之一[13]。因此，半導(dǎo)體光催化劑的發(fā)展已經(jīng)在過去的 40 年中，報道了許多光催化劑在紫高的光催化活性，并將水分解成 H2和 O2摩包括 La 摻雜的 N（aSr, La, KLa）TaO3[14-17]和得注意的是 NiO / NaTaO3: La 光催化劑，最高是 270nm，達到 56％的外量子效率[14]。顯然僅在紫外線照射下才有活性。對太陽光而言，一小部分（約 4％），而可見光則更為豐富（

能（如圖 1-6）。電化學(xué)儲能裝置通常由陽極，陰極，組成。在放電期間，在電極處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生流電子;在充電期間，，電極上的外部電壓被施加，從而驅(qū)子和反應(yīng)的移動。根據(jù)可充電電池可分為鉛酸，鋅空氣鈉硫，氯化鈉，鋰離子電池（LIBs）。超級電容器的原和偽電容電荷存儲模式。前者類似于物理介電電容器，極和電解質(zhì)之間界面處的電荷分離，后者是涉及電化學(xué)的快速 Faradaic 過程。超級電容器的電極材料主要包括氧化物和導(dǎo)電聚合物。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1;TQ116.2

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