含硅功能材料的制备与性质

论文摘要

聚合物光电材料在平板显示技术和太阳能发电技术等方面有着现实的应用和良好的前景。σ共轭聚合物聚硅烷是有潜力的聚合物光电材料之一。我们采用两种硅烷单体共聚的方法，合成出了具有超支化结构的聚硅烷（HYPS）。利用GPC、IR、NMR、XRD和SEM等多种手段验证和表征了HYPS的超支化结构；UV-vis谱图显示HYPS在280-350nm有强烈的吸收带；HYPS的热稳定性良好，具有较高的热分解温度和玻璃化转变温度；PL谱图和荧光显微镜照片显示HYPS能够发射出波长在455nm左右明亮的蓝光：HYPS有望成为光致蓝光的聚合物发光材料。电子给体和受体的复合材料可以提高激发态下光诱导电子转移能力，聚合物光电材料能够与C60形成互穿网络结构，提高这一性能。我们进一步合成了超支化聚硅烷与C60的纳米复合物(HYPS-C60)，表征了其结构；证实了HYPS-C60能够形成给体-受体对，在激发态下存在明显的电子转移现象，表现为荧光的完全猝灭，HYPS-C60也具有良好的热性能。HYPS与C60的混合物也能够完成光诱导电子转移，以HYPS和C60为光活性物质，制作了结构为ITO／PEDOT：PSS／HYPS：C60／Ba／Al的光伏打器件，其中30％C60／HYPS混合物器件的Isc=0．06292 mA／cm2，Voc=0．4811V，FF=0．25，能量转换效率η为0．0076％。一维纳米材料因其优异的光学、电学、磁学以及力学等性质引起了物理、化学和材料学界研究者的关注，近年来成为纳米材料研究的热点。一维硅纳米材料具有代替碳纳米管的潜力，我们以一氧化硅为硅源，在超临界水热条件下首次制备出了自组生长硅纳米管，采用SEM、TEM、EDS、HRTEM及SAED等测试手段对自组生长硅纳米管进行了表征，并对其生长机理及稳定性进行了初步探讨，研究了自组生长硅纳米管样品的PL性能。有机烷氧基硅烷是制备聚硅氧烷的重要中间体，在有机硅工业中的重要性仅次于有机卤硅烷。硅氢化反应是制备有机烷氧基硅烷的重要方法之一。而有机锡氧簇合物作为催化剂具有良好的催化活性，在有机反应中有着广泛的应用。我们利用有机锡氧簇合物[Bu2（OH）OTf]2（OTf=CF3SO3）催化醛的硅氢化反应，不仅催化活性高，而且具有很高的化学选择性，它仅仅对醛基起作用，对其它活泼基团不起作用。可用于合成设定结构的有机烷氧基硅烷，同时也是催化官能团转变的有用的高选择性催化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚硅烷
• 1.1.1 聚硅烷的合成方法
• 1.1.2 聚硅烷的性质
• 1.1.3 聚硅烷的应用
• 1.1.4 超支化聚硅烷
• 1.2 富勒烯
• 1.2.1 富勒烯的发展
• 1.2.2 富勒烯的结构与化学性质
• 1.2.3 富勒烯的高分子化研究
• 1.3 硅纳米管
• 1.3.1 一维纳米材料
• 1.3.2 纳米管
• 1.3.3 硅纳米管
• 1.3.4 硅纳米管Si-H自组生长模型的理论基础
• 1.4 有机烷氧基硅烷
• 1.4.1 制备方法
• 1.4.2 用途
• 1.5 有机锡化合物
• 1.5.1 有机锡化合物在有机催化中的应用
• 1.5.2 有机锡化合物催化剂的合成方法
• 1.6 本论文的研究内容
• 第2章 超支化聚硅烷的合成及表征
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 超支化聚硅烷的合成
• 2.2.1 合成路线
• 2.2.2 合成步骤
• 2.3 超支化聚硅烷的表征结果与讨论
• 2.3.1 产率计算
• 2.3.2 凝胶渗透色谱
• 2.3.3 红外光谱分析
• 2.3.4 核磁共振分析
• 2.3.5 X射线衍射分析
• 2.3.6 扫描电镜图
• 2.3.7 紫外可见吸收光谱
• 2.3.8 荧光光谱分析
• 2.3.9 荧光显微照片
• 2.3.10 热性能分析
• 2.4 本章小结
• 60复合物的合成与性质'>第3章 超支化聚硅烷/C₆₀复合物的合成与性质
• 3.1 超支化聚硅烷和富勒烯的复合物的合成
• 3.1.1 钠砂的制备
• 3.1.2 滴加单体进行聚合反应
• 3.1.3 反应后处理
• 3.2 超支化聚硅烷和富勒烯的复合物的性质
• 3.2.1 复合物产率计算
• 3.2.2 凝胶渗透色谱
• 3.2.3 红外光谱分析
• 3.2.4 核磁共振分析
• 3.2.5 X射线衍射分析
• 3.2.6 扫描电镜图
• 3.2.7 紫外可见吸收光谱
• 3.2.8 荧光猝灭分析
• 3.2.9 热性能分析
• 60、HYPS的光伏打性质'>3.3 HYPS/C₆₀、HYPS的光伏打性质
• 3.3.1 聚合物固体薄膜太阳能电池制备所需仪器设备
• 3.3.2 制备工艺流程
• 3.3.3 测试所用光源
• 3.3.4 性能参数
• 3.3.5 聚合物薄膜太阳能电池测试所需仪器设备
• 3.3.6 性能测试
• 60相关性质的结果与讨论'>3.3.7 HYPS/C₆₀相关性质的结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 自组生长SiNTs的水热法合成与表征
• 4.1 自组生长SiNTs的水热法合成
• 4.1.1 实验设备和原料
• 4.1.2 合成方法
• 4.1.3 反应过程中相关参数
• 4.2 自组生长SiNTs的结构
• 4.2.1 EDS能谱分析
• 4.2.2 自组生长SiNTs的TEM分析
• 4.2.3 自组生长SiNTs的HRTEM分析
• 4.2.4 自组生长SiNTs的纯化
• 4.2.5 自组生长SiNTs的PL特性
• 4.3 硅纳米管生长机理的初步研究
• 4.3.1 高温高压下水的行为
• 4.3.2 水热条件下一维硅纳米材料生长热力学
• 4.3.3 热力学计算及分析
• 4.3.4 硅纳米管的自组生长机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 有机锡二聚体选择性催化合成有机烷氧基硅烷
• 5.1 催化剂的制备及醛的硅氢化反应
• 2Sn（OH）OTf]2的制备'>5.1.1 有机锡二聚体催化剂[Bu₂Sn（OH）OTf]2的制备
• 5.1.2 一些实验原料的合成
• 5.1.3 化合物1催化下醛的硅氢化反应
• 5.1.4 选择性催化性能研究的方法
• 5.2 催化条件及催化性能的结果与讨论
• 5.2.1 催化反应条件的确定
• 5.2.2 化合物1选择性催化性能研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表的论文
• 致谢