1. 研究目的与意义
随着全球能源和环境问题的日益严峻, 太阳能因其不受地域限制、没有噪音、无污染、利用成本低等特点, 引起了各国政府的极大重视. 1954年, 美国的贝尔实验室成功研制出硅太阳能电池, 开创了光电转换研究的先河, 之后关于太阳能电池的研究迅速发展.由于无机太阳能电池制作成本高、生产工艺复杂, 而且窄带隙半导体的严重光腐蚀很大程度上制约了太阳能发电技术的推广应用[1]. 随着有机半导体领域快速的发展, 使低成本太阳能发电技术的推广应用成为可能. 与传统硅基及其他无机金属化合物太阳能电池相比, 有机太阳能电池具有以下独特优势: (1)有机材料质量轻、柔韧性好; (2)有机材料易于进行化学结构设计、裁剪和合成, 无资源存量的限制; (3)器件制备工艺简单, 可采取印刷、喷墨、打印等溶液加工方法, 制作成本低; (4)易于实现大面积/柔性器件[2][3]. 由于上述优势的巨大潜力, 使得有机太阳能电池成为新一代太阳能电池的重要发展方向。
20 世纪80年代中期以前, 传统的有机太阳能电池中, 一个单组分有机材料层被夹在两个不同功函数的电极之间. 1986年tang等首次引入给受体结构的有机双层异质结的概念, 制备了双层有机太阳能电池, 其转换效率(pce)达到了1%, 这成为有机太阳能电池的发展里程碑.
1992 年, sariciftci等发现了共轭聚合物和富勒烯的混合物受光激发作用会产生迅速、高效的光诱导电子转移. 此后, 富勒烯作为典型的电子受体材料受到了广泛关注, 并且迅猛发展.迄今为止, yang 课题组使用pc71bm 作为电子受体, 制作了串联叠层opv器件, 其高转化效率已达10.6%。但由于富勒烯及其衍生物材料吸光波长范围较窄、亲和能高、溶解性差等, 严重制约了富勒烯作为有机太阳能电池电子受体材料的更广泛应用和器件性能的进一步提升。近年来, 非富勒烯小分子电子受体材料因为其能级可调、合成简便、制作成本低、溶解性能优异等吸引了人们越来越多的关注. 更重要的是, 此类材料在可见太阳光光谱中比富勒烯及其衍生物材料有更为宽广的吸收范围。许多已报导的非富勒烯小分子受体是以各种π-共轭部分为基础的，如苝二酰亚胺（pdi），萘二酰亚胺（ndi），荧蒽稠合二酰亚胺，二酮吡咯并吡咯（dpp）等。及其衍生物。迄今为止，一些基于非富勒烯的osc性能超过了那些以富勒烯为基础的电池。但是，并非所有非富勒烯及其衍生物的转化效率优于富勒烯pdi类的转换效率就不如富勒烯类。 2014年止，pdi类最高转换率（pce）为4.03%。并五苯及其衍生物的转pce不如pdi。目前为止，苯噻唑衍生物的pce最高达2.54%。dpp类的pce也不理想。近年来，具有受体-给体-受体（a-d-a）骨架结构的小分子受体，因其容易调节的能量水平和高设备性能引起了相当的关注。a-d-a型受体的主要特点有：（1）、两侧暴露的强吸电子单元；（2）、供电子单元含有垂直于主骨架的体积较大的取代基；（3）、主骨架为平面。对于吸电子单元，可以采用杂原子或芳烃衍生物[4]。
2. 研究内容和预期目标
| 具体研究内容如下： 1、利用现代科技文献的查阅方法和手段，如Internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究光电功能材料的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行综合、分析、研究。在此基础上，设计合成以5,10-二苯基吩嗪为核心的一种新型非富勒烯受体材料，拟定出具体实验方案。 2、查阅文献，设计合成路线，确定具体合成条件，合成出一种以5,10-二苯基吩嗪为核心的一种新型非富勒烯受体材料，通过实验训练培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研能力。 3、参考合成路线如下：
4、对合成的产物结构进行表征（1H NMR、IR、元素分析等）。 5、对所合成的产物光电性能进行初步的评价。 预期目标： 根据相关文献内容，设计合成5，10-二苯基吩嗪及表征产物结构，并对此产物光电性能进行初步评价。希望能发现一种新的具有优秀转换率及其他光电性能的受体材料来为具有A-D-A骨架的受体材料的发展提供一定的参考。
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3. 研究的方法与步骤
实验步骤：
1. 吩嗪在连二亚硫酸钠作用下与氢离子反应得到中间体a。
2. 中间体a与含氮杂环化合物在k2co3等催化剂下合成中间体b。
4. 参考文献
| [1] 宾海军，李永舫, 非富勒烯聚合物太阳电池研究进展. 高分子学报, 2017(09): p.1444-1461. [2] 付钰，王芳，张燕，方旭，赖文勇，黄维. 非富勒烯小分子有机太阳能电池电子受体材料的研究进展.化学学报，2014, 72, 158-170 [3] 宋成杰，王二静，董兵海，王世敏. 非富勒烯类有机小分子受体材料. 化学进展，2015，27(12)：1754-1763 [4] 刘欣，苏仕建，曹镛，基于聚合物给体与非富勒烯有机小分子受体材料的有机太阳能电池研究进展. 高分子通报,2014,12:68-79 [5] Kan, B., Small-Molecule Acceptor Based on theHeptacyclic Benzodi(cyclop-entadithiophene) Unit for Highly EfficientNonfullerene Organic Solar Cells. Journal of the American Chemical Society,2017. 139(13): p. 4929-4934. [6] Li, S., et al., Efficient Organic Solar Cellswith Non‐Fullerene Acceptors. Small, 2017. 13(37): p.1701120-n/a. [7] Lee. J. Controlled emission color andsinglet-triplet energy gap of dihydrophenazine-based thermally activateddelayed fluorescence emitters. Journal of Materials Chemistry C,2013(00):1-3. [8] Lin Y, Zhang Z G, Bai H, Wang J, Yao Y, Li Y F,Zhu D, Zhan X. Energy Environ Sci, 2015, 8(2): 610-616 [9] Lin Y, Zhao F, He Q, Huo L, Wu Y, Parker T C, MaW, Sun Y, Wang C, Zhu D, Heeger A J, Marder S R, Zhan X. J Am Chem Soc, 2016,138(14): 4955-4961 [10] Zhao F, Dai S, Wu Y, Zhang Q, Wang J, Jiang L,Ling Q, Wei Z, Ma W, You W, Wang C, Zhan X. Adv Mater, 2017, 29(18): 1700144 [11] Fan, Q., et al.. Science China Chemistry, 2018.61(5): p. 531537. [12] Meng, L., et al.,Science, 2018. 361(6407): p. 1094-1098. |
5. 计划与进度安排
第一阶段：2022年03月04日至2022年03月17日
在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。
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