浅析纳米光催化聚合制备聚噻吩/三氧化钨复合薄膜及其光电转化与电致变色性能生

论文导读：
摘要：共轭聚合物因其特有的化学结构而具有丰富的光、电特性,与无机纳米材料复合后,可以产生包括电致变色、光电转化在内的重要量能。目前,受到复合技术的限制,可运用的材料种类有着很大局限性。大部分的探讨工作集中在Ti02、ZnO和CdSe纳米半导体和P3HT、PPV、P30T及其衍生物,以W03为组分的复合材料尚未有探讨者报道。WO3是无机电致变色材料中探讨最充分的一种。其晶型和纳米结构多变可控,赋予WO3丰富多样的光学和电学性能。聚噻吩的电致变色性能稳定,比较度高,被认为是很有运用潜力的电致变色聚合物材料。据作者所知,目前仍没有W03和共轭聚合物的复合材料运用于电致变色材料。针对光伏领域,聚噻吩(PT)的带隙在2.0eV,由此对太阳光有很强的捕获作用；同时聚噻吩的最低空轨道能级高于W03的导带,这就使得界面处的电子-空穴对可以高速有效的分离。但目前也没有W03和PT复合材料运用于光伏材料的报道。聚噻吩在良溶剂中也有很强的团聚走势,由此不能采取传统的湿法沉积与WO3复合。本论文首先制备了纳米WO3薄膜,然后运用WO3薄膜引发噻吩单体的光催化聚合反应,得到了一种新型的共轭聚合物-纳米半导体复合薄膜,并利用所得的PT-WO3复合薄膜分别组装光伏器件和电致变色器件,详细探讨了制备条件对两种器件性能的影响。主要探讨内容和结果如下：(1)本论文制备了单斜晶型的纳米W03薄膜,该薄膜与基底具有良好的结合力。首次实现了纳米WO3薄膜引发噻吩的光催化聚合反应,获得了一种新型的共轭聚合物-无机纳米半导体复合材料。探讨表明,聚噻吩在WO3薄膜表面原位生长,其厚度随着光照时间延长持续可控地增加。聚噻吩填充至纳米WO3纳米粒子的间隙中,形成表面致密均一的PT-WO3复合薄膜,其表面均方根粗糙度(RMS)降低至3.9nm。(2)本论文详细探讨了PT-WO3复合薄膜的界面相互作用。结果表明,复合薄膜中聚噻吩以部分氧化掺杂态有着,WO3组分中W可被还原为+5价。光催化引发聚合的历程中,电子以PT主链向W03转移,并形成电子给体-受体复合物。探讨结果还表明,聚噻吩主链中的S原子能够以共价键形式与W原子结合。进一步地,我们利用ESR浅析了复合物的电荷转移情况,获得了复合物中PT向WO3传递电子的直接证据：随着紫外光的持续激发,在WO3和PT的界面不断发生电荷转移,使PT氧化态和WO3还原态的比例不断升高,并形成稳定的电荷分离状态。(3)以PT-WO3纳米复合薄膜作为功能层组装成了光伏器件,并测试了器件的光电转化性能,探讨结果显示WO3和PT组分均对太阳光有捕获的作用。进一步考察了复合薄膜制备条件对器件性能的影响。据此,优化了实验条件,改善了器件的光电转化性能,得到了性能最佳的光伏器件。(4)以PT-WO3作为功能层组装了电致变色器件,并测试了包括比较度、响应时间在内的器件电致变色性能。进一步考察了包括复合薄膜制备条件,固体电解质组成以及对电极类型对器件电致变色器件性能的影响。据此,优化了电致变色器件结构：均匀多孔结构的PT-WO3薄膜作为EC层,高氯酸锂/高氯酸四丁基铵分散于PMMA作为固体电解质,NiO作为对电极层组装的电致变色器件。(5)与相关文献报道相比,优化的电致变色器件具有优良的电致变色性能：比较度高达62%(700nm),响应时间为1.5s,着色效率为212.6cm2/C,器件在多次循环测试后仍能稳定的着色-褪色。关键词：纳米WO_3论文聚噻吩论文纳米半导体光催化聚合论文电致变色论文界面论文电荷转移论文光伏器件论文
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Abstract8-10
第一章 绪论10-37

1.1 电致变色材料的探讨近况10-17

1.1 电致变色材料的概念与用途10-11

1.2 电致变色器件结构概述11-12

1.3 电致变色材料的进展走势12-15

1.3.1 无机电致变色材料12-13

1.3.2 有机电致变色材料13-14

1.3.3 有机-无机纳米复合电致变色材料14-15

1.1.4 共轭聚合物/纳米半导体电致变色材料的探讨进展15-17论文导读：器件的组装76-774.2.3浅析测试策略77-794.3结果与讨论79-904.3.1PT-WO_3复合薄膜制备历程对电致变色器件性能影响79-824.3.1.1制备条件对电致变色器件性能的影响79-804.3.1.2复合薄膜表面形貌对电致变色性能的影响80-824.3.2电解质对电致变色性能的影响82-844.3.3对电极对电致变色性能的影响84-854.3.4电致变色器件的

1.2 光伏电池的探讨近况17-23

1.2.1 光伏电池的分类18-19

1.2.1 无机光伏电池18

1.2.2 染料敏化纳米晶光伏电池18

1.2.3 聚合物薄膜光伏电池18-19

1.2.2 共轭聚合物/纳米半导体光伏电池19-21

1.2.2.1 光电转化的基本原理19-20

1.2.2.2 影响光伏电池效率的因素20-21

1.2.3 共轭聚合物/无机半导体光伏电池的探讨进展21-23

1.3 纳米半导体的光催化聚合反应23-25

1.3.1 纳米半导体光催化聚合反应的基本原理23-24

1.3.2 纳米半导体光催化聚合反应的探讨近况24-25

1.4 课题的提出和探讨内容25-27

参考文献27-37
第二章 纳米半导体光催化聚合制备PT-WO_3复合薄膜37-56

2.1 引言37-38

2.2 实验部分38-41

2.1 实验材料38

2.2 WO_3纳米晶薄膜制备38-39

2.1 前驱体溶胶制备38-39

2.2 纳米WO_3薄膜的制备39

2.3 光催化聚合制备PT-WO_3复合薄膜39

2.3.1 聚合反应装置39

2.3.2 聚合反应实验历程39

2.3.3 聚合产物的纯化39

2.4 浅析测试策略39-41

2.3 结果与讨论41-52

2.3.1 WO_3纳米晶的光催化活性41-42

2.3.2 纳米WO_3晶型浅析42-44

2.3.3 PT-WO_3复合薄膜的结构表征44-48

2.3.4 复合薄膜的界面相互作用探讨48-52

2.4 本章小结52-53

参考文献53-56
第三章 PT-WO_3复合薄膜的光电转换性能探讨56-74

3.1 引言56-57

3.2 实验部分57-60

3.

2.1 实验材料57

3.

2.2 光电转换器件的组装57-58

3.

2.1 PT-WO_3复合薄膜电极的制备57

3.

2.2 PT-WO_3光伏电池的组装57-58

3.

2.3 浅析测试策略58-60

3.3 结果与讨论60-70

3.1 PT-WO_3复合薄膜的紫外-可见光谱60-61

3.2 ESR探讨PT-WO_3的电荷分离结构61-62

3.3 PT-WO_3复合薄膜的光电转换性能62-68

3.1 PT-WO_3复合薄膜的瞬态光电流工作谱62-64

3.2 聚合时间对器件光电转换性能的影响64-66

3.3 溶胶用量对器件光电转换性能的影响66-68

3.4 器件的IPCE%光电转化效率68

3.4 光伏电池的光电转换历程68-70

3.4 本章小结70-71

参考文献71-74
第四章 PT-WO_3复合薄膜的电致变色性能探讨74-94

4.1 引言74-75

4.2 实验部分75-79

4.

2.1 实验材料75

4.

2.2 电致变色器件的组装75-77

4.

2.1 对电极的制备75-76

4.

2.2 PT-WO_3电致变色器件的组装76-77

4.

2.3 浅析测试策略77-79

4.3 结果与讨论79-90
4.

3.1 PT-WO_3复合薄膜制备历程对电致变色器件性能影响79-82

4.3.

1.1 制备条件对电致变色器件性能的影响79-80

4.3.

1.2 复合薄膜表面形貌对电致变色性能的影响80-82

4.3.2 电解质对电致变色性能的影响82-84
4.

3.3 对电极对电致变色性能的影响84-85

4.

3.4 电致变色器件的电流响应85-86

4.

3.5 器件的电致变色循环稳定性86-87

4.

3.6 复合薄膜的电化学反应探讨87-90

4.4 本章小结90-91
参考文献91-94
作者介绍94-95
致谢95-96