高分辨固体核磁共振法分析聚3-己基噻吩:苝二酰亚胺衍生物的共混结构

苝二酰亚胺(PDI)衍生物是异质结太阳能电池中可替代[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的受体材料.本研究选取了两种不同化学结构的PDI衍生物作为研究体系,分别命名为PDI髣和PDI髤,采用高分辨固体核磁共振技术,探讨了PDI衍生物在与聚3-己基噻吩(P3HT)共混前后其分子聚集态结构的变化.发现PDI髣和PDI髤的纯净物体系中,分子均通过π-π作用形成了有序的堆叠结构,且PDI髣的有序度高于PDI髤.在分别与P3HT共混后,两种共混物表现为两相分离的结构.其中,PDI髣在与P3HT共混后,其晶区的有序度降低,但分子的堆叠结构没有变化;而PDI髤在与P3HT共混后,其晶区的有序度保持不变,但分子的堆叠结构发生了变化.通过Back-to-Back(BaBa)边带技术可以定量检测出PDI髤分子间酰胺位CH氢原子间的距离为3.66魡.依据13 C-1 H FSLG-HETCOR谱图的相关信息,发现两组分的界面区中,PDI髤的酰亚胺取代基位于P3HT噻吩环的屏蔽区.此外,使用REREDOR技术定量检测了两种PDI衍生物在与P3HT共混前后分子基团的局部运动性.研究发现,在与P3HT共混后,PDI髣的分子局部运动性没有变化,而PDI髤的分子局部运动性降低.本研究揭示了两种PDI衍生物在与P3HT共混前后的分子聚集态结构,总结了适用于研究PDI衍生物共混体系的固体核磁共振技术方案,用于表征分子的聚集态结构、组分相容性及分子基团的局部运动性能.