亚酞菁化合物的合成及光探测性能研究

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基于有机半导体作为活性层制备的有机光探测器具有灵敏度高、响应速度快、器件结构多样等优点在国防、环境监测等领域有着巨大的应用潜力。有机半导体材料具有成本低、种类多、成膜工艺简单、分子结构易修饰、能大面积应用于柔性器件等优点。本论文通过对氯硼亚酞菁外围及轴向结构改性开发具有优良光探测性能的有机半导体材料,并将其应用于有机光探测器件中。本文首先以邻苯二甲腈为原料制备外围无取代亚酞菁,选择8种不同对位取代基的苯酚类化合物对其结构修饰,制备了8种外围无取代亚酞菁化合物RPhO-BsubPc(H1-H8)。又以四氟邻苯二甲腈为前驱体制备外围改性的全氟亚酞菁化合物并对其轴向结构修饰,制备出了8种全氟亚酞菁化合物RPhO-BsubPcF12(H9-H16)。利用红外光谱、质谱及核磁共振谱等手段对目的化合物分子结构进行确证。利用紫外-可见光谱、荧光发射光谱测试它们的光学性质;利用循环伏安法研究它们的电化学性质;利用热重曲线分析它们的热稳定性。光化学测试表明外围无取代亚酞菁化合物R-PhO-BsubPc(H1-H8)紫外-可见最大吸收波长在555~565nm之间;外围氟取代的全氟亚酞菁化合物R-PhO-BsubPcF12(H9-H16)最大吸收波长位于565~575nm之间,表明化合物对绿光有好的吸收。电化学性能测试表明外围无取代亚酞菁化合物(R-PhO-BsubPc)的HOMO能级值在-5.40~-5.20e V之间,而LUMO能级处于-3.99~-3.73e V之间;全氟亚酞菁化合物(R-PhO-BsubPcF12)的HOMO能级值处于-5.50~-5.27e V之间,LUMO能级处于-4.24~-4.00e V之间。热稳定测试表明R-PhO-BsubPc(H1-H8)的Td处于215℃~230℃之间,R-PhO-BsubPcF12(H9-H16)的Td处于240℃~275℃之间,表明化合物有良好的稳定性。分别选取NO2PhO-BsubPcF12和NO2PhO-BsubPc作为电子受体材料及给体材料制备有机光探测器件。基于NO2PhO-BsubPcF12器件的响应时间为22ms和23ms,光响应度为14.1x10-2 A/w,外量子效率EQE为33.6%,比探测率为15.76x1011Jones。基于NO2PhO-BsubPc器件的响应时间分别为27ms和28ms,光响应度为1.75x10-2 A/w,外量子效率EQE为4.17%,比探测率等于1.52x1011Jones,表明亚酞菁系列化合物在有机光探测器上有着很好的应用前景。
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