酞菁类光电功能材料的制备和性能研究

论文摘要

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。

论文目录

• 内容提要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 静电复印技术和有机光受体
• 1.2 有机光受体的研究现状
• 1.3 有机光受体中的载流子传输机理
• 1.4 酞菁类化合物及其性质
• 1.5 酞菁类化合物的应用
• 1.5.1 有机太阳能电池
• 1.5.2 有机场效应晶体管
• 1.5.3 有机电致发光器件
• 1.5.4 生物传感器
• 1.5.5 图像传感器
• 1.5.6 光检测器
• 1.6 酞菁类化合物纳米粒子的制备方法
• 1.6.1 球磨法
• 1.6.2 沉淀法
• 1.6.3 配位溶解沉淀法
• 1.6.4 激光辐射法
• 1.6.5 气相沉积法
• 1.7 本文的选题思路与主要内容
• 参考文献
• 第二章 试剂与测试方法
• 2.1 主要试剂
• 2.1.1 固体试剂
• 2.1.2 液体试剂
• 2.2 测试方法
• 第三章 纳米级酞菁氧钛光导体的制备及其应用
• 3.1 引言
• 3.2 TiOPc 纳米粒子的制备及表征
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 TiOPc 纳米粒子的表征
• 3.2.3 N-TiOPc/DCE 溶胶的稳定机理
• 3.3 基于N-TiOPc的正充电单层光受体的光导性能
• 3.3.1 单层光受体样品的制备
• 3.3.2 单层光受体性能
• 3.3.3 载流子传输机理
• 3.4 影响光受体性能的因素
• 3.4.1 不同导电基底对光导性能的影响
• 3.4.2 N-TiOPc 粒径对光导性能的影响
• 3.4.3 不同高分子树脂对光导性能的影响
• 3.4.4 表面活性剂对光导性能的影响
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 有机电子传输材料R-TITC 的合成及其应用
• 4.1 引言
• 4.2 R-TITC 的合成与表征
• 4.2.1 R-TITC 的合成方法
• 4.2.2 R-TITC 的表征
• 4.3 基于N-TiOPc/R-TITC的双组分单层光受体
• 4.3.1 双组分单层光受体样品的制备
• 4.3.2 双组分单层光受体的性能
• 4.4 基于Y-TiOPc/R-TITC 的双层光受体
• 4.4.1 双层光受体样品的制备
• 4.4.2 双层光受体的性能
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 酞菁铁-铂复合电催化剂的制备与性能研究
• 5.1 直接甲醇燃料电池的研究背景
• 5.1.1 直接甲醇燃料电池及其工作原理
• 5.1.2 阴极催化剂的研究进展
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 催化剂的制备
• 5.2.2 催化剂的表征方法
• 5.3 Pt-FePc/C 催化剂的电催化性能研究
• 5 3.1 不同Pt 负载量的Pt-FePc/C 催化剂
• 5.3.2 不同FePc 负载量的Pt-FePc/C 催化剂
• 5.3.3 Pt-FePc/C 催化剂与商用Pt/C 催化剂的电催化性能比较
• 5.3.4 Pt-FePc/C 催化剂的稳定性
• 5.4 Pt-FePc/C 催化剂的耐甲醇性机理
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 主要结论
• 攻读博士期间论文发表目录