Synthesis and Application of Thiophene-Derived Two-Dimensional Conjugated Polymers
Date Issued
2016
Date
2016
Author(s)
Yeh, Yi-Chun
Abstract
本研究主要以具有2-octyldodecyl碳鏈之三噻吩作為共軛側鏈，並於主鏈導入雙噻吩或含氮雜環之拉電子基團，2,1,3-benzothiadiazole (BTD)及新型π-expanded DPP (eDPP)雙噻吩，成功地合成出一系列高溶解度之二維共軛高分子，分別命名為OCP01、OCP02和OCP03，並分析探討它們的結晶性、光學和電化學性質與分子結構的相關性。紫外可見光譜及循環伏安法測量顯示，引入BTD與eDPP單元至分子主鏈，皆能促使吸收光譜有效地紅位移，並降低能隙，尤其是新型的eDPP單體，其特殊的六稠環烴(fused ring)結構，使得OCP03展現寬廣吸收與最小能隙。當主鏈存在BTD單元時，可增強450~650 nm的吸收區域，OCP02光學能隙下降為1.65 eV；而當主鏈引入eDPP單元時，可增加600~800 nm的吸收範圍，OCP03展現1.45 eV的窄能隙。XRD實驗證實，將BTD插入主鏈中，導致結晶性略微下降，然而具高平面性的eDPP則可有效增加分子鏈的有序堆疊，而且熱退火處理皆可進一步幫助側鏈與主鏈的規則性排列，有效提升結晶性質。另外，我們將含2,3-didecylthienyl側鏈之benzodithiophene (BDT)單元作為推電子基團，透過Sille coupling方法與eDPP進行共聚合，生成二維共軛高分子OCP04，其在長波長600~900 nm有寬廣吸收，光學能隙為1.52 eV。 此外，本研究將所合成之二維共軛高分子，OCP01、OCP02、OCP03和OCP04，初步應用在光催化二氧化碳還原反應中，各別以1%的高分子混摻於氧化石墨烯(graphene oxide, GO)形成光催化劑系統。結果顯示加入二維共軛高分子作為有機敏化劑，皆能有效提升二氧化碳還原為乙醛與甲醇的產量，特別是1% OCP04/GO系統，其乙醛生成量比起單純的GO系統要高出約5倍。
Subjects
two-dimensional conjugated polymers
polymer synthesis
photocatalytic carbon dioxide reduction
organic sensitizers
Type
thesis