许秋把模拟实验室III中的自主研究方向,主要限定在聚合物给体/小分子受体这样的有效层结构中,大体上是三条优化方向。
首先是给体材料,一方面,可以基于现有的H43、J2等分子,进行进一步的优化,这方面之前学妹做的已经非常好了,优化空间虽然不大,但挤一挤还是有的,比如,侧链长度或种类优化、引入其他杂原子、替换噻吩侧链结构等等。
另一方面,也可以使用其他的结构,这种结构不一定要全新的结构,完全可以从PCE10、PCE11甚至P3HT这些经典的给体材料分子中找一个单元出来,进行改进拼接,让给体材料的禁带宽度为-左右,获得中等带隙或宽带隙材料,使之与ITIC等窄带隙非富勒烯受体匹配。
具体的操作,可以在PCE11的主链中引入一个苯环,形成PBT4T-B的结构,苯环的引入破坏了分子整体的规整性,降低了分子的结晶性,同时也让分子的禁带宽度提高。
或者基于P3HT进行改性,设计成本比较低的、分子结构比较简单的聚噻吩结构,这也是一条可行的思路,或许可以通过这种途径降低器件的成本,不过,P3HT本身和ITIC是不契合的,许秋很早就试过了效率只有2%不到,是个扑街的体系。
其次是受体材料,这里可以做的文章就比较多了。
其一,着力于A单元,也就是基于现在的ICIN单元进行改性。
可以小改,即在端基苯环上引入一些其他基团。
这方面许秋他们之前研究的已经比较多了,引入氯、氟、甲基等等,博后学姐还发表了一篇“六合一”的工作,专门就是做这个的。
当然,研究空间还是有的,比如把之前暂时放下的基于ITIC聚合物受体材料的合成思路拿出来,也就是在ICIN上引入溴基团,合成ITIC-Br,使之与双三甲基锡取代的噻吩单元发生Stille偶合反应,得到P-ITIC-T的聚合物受体材料。
也可以大改,ICIN是一个五元环和一个六元苯环以稠环连接形成的茚二酮结构,可以对这个五元、六元稠环结构进行改动。
比如,把六元苯环更改为五元噻吩环,也就是做成两个噻吩环的稠环结构,根据噻吩环的朝向,还可以有两种不同的连接方式。
再比如,把苯环或者改为萘环,也就是两个并行的苯环,提高ICIN单元的共轭长度。
其二,着力于中央D单元,改进空间会更大。
可以修改横向共轭长度,设计不同的主链结构,可以修改侧链位置,引入杂原子。
如果脑洞放开的话,各种各样的分子结构都能可被设计出来,什么L型,X型,M型,Y型……
甚至还可以故意把共轭结
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