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与物理学家交流有机太阳能电池中的化学问题被狂“诘问”

已有 4256 次阅读 2011-10-30 10:25 |个人分类:化学|系统分类:科研笔记| 化学, 电子, 物理, 太阳能电池, 富勒烯

与物理学家交流有机太阳能电池中的化学问题被狂“诘问”

 

本周五去某物理学家研究组讲用于体异质结有机太阳电池做报告,被一顿“刁难”,千疮百孔,都是对一些我的“知识漏洞”的询问,让这个有机化学博士生很囧,几乎是一问三不知,有机化学从业者日常是几乎不关注且没有必要这些问题的,虽然是我是有机固体实验的,虽然我的博士论文的关键词有有机电子学这个词,物理学家们非常重视现象的物理本质以及关系,受教很多;我觉得我已经是有机化学学生中的问题少年了,遇到学物理和电子才知道什么是问题少年,大汗。大概还是没有给我可爱的导师丢人的,因为他们提问的有机化学的问题还是对答如流的,哈哈。

 

很喜欢与物理和电子学研究者交流,当炽热的化学遇到深沉的物理将会是多么激烈、可爱、升华的过程,我喜欢让人浑身冒汗,无法回答的场合,因为接下来我对这些问题就懂了。

 

Klauss Mullen一个月前化学所做报告时说:We are chemists rather phsicist cause we can make everything;要是We are chemist and physicistcause we can make and understand everything.

 

1.   Q:对于富勒烯、perylene等大pi体系为什么,当他们的pi减少的时候,LUMO会提高呢?以富勒烯为例,C6060pifulleroid60pi,单加成methanofullerene58pi,双加成富勒烯为56pi,他们的第一还原电势会依次降低 0.1~0.2V,对应LUMO会提高0.1~0.2eV,为什么pi电子减少,LUMO就提高呢?

 

AProf. WJZ问到这个问题时,我立马就傻了,呃,我从来没有想到这个问题的电子级别的过程,我只知道A>C,而不知道A>B>CB这个重要的推导过程。

 

2.   Q:电化学中,如循环伏安,为什么每失去一个电子,会出一个峰,而不是一个台阶;既然你说C60-C602-C60n-,那为什么电流会降低呢?这是电极表面是一个什么样的电子传导、扩散过程呢?

 

A:呃,很惭愧,这个问题我也没有想过,记得似乎是一个复杂的数学公式,涉及到半反应,电极扩散、可逆性等,我只会熟练地分析电化学数据中的峰电流、峰电势、半波电势,不关心也没有必要去了解其中的物理过程。

 

Q:如果你不关心,那你看到一些非常规的波形,你会怎么办?

 

A:呃。。。。。。。。。

 

3.   Q:既然你提到了第123还原电势的可逆性可能对有机电子学的激子产生的影响,那么请问什么是可逆性。

 

A:呃~~~~~~~~~我只知道如何从波形分析上判断是否可逆、半可逆或不可逆,忘了这个可逆性的物理意义,似乎是一个复杂的物理过程,涉及到扩散、物质的电化学活性基团,凡是涉及到扩散那个复杂的公式,我就懵了。

 

4.   Q:既然你说大部分富勒烯衍生物在300度之下都是无定性的,没有结晶温度,部分有玻璃转化温度,那为什么PC61BM有结晶温度呢?既然你的那些富勒烯衍生物没有结晶温度,为什么共混后热退火中析出晶体呢?那确定是晶体么?而不是无定形呢?高分子的结晶性会涉及到侧链的晶化,那富勒烯的呢?为什么将酯变成酰胺就没有结晶温度了呢?

 

A:最讨厌关于DSC的测试结果的讨论了,迄今还没有找到任何关于富勒烯衍生物的深刻的DSC讨论,俺都不懂啊,之前某个衍生物有三个吸势峰,问了一圈还是北大的PJ老师说可能是两相之前转变的相变温度,而且也没给出文献。

 

5.   Q:你说富勒烯可能对聚合物膜的有序性做出了破坏,证据是膜的吸收谱图以及XRD等,那么富勒烯的膜本身是有序还是无序的,它是怎么对聚合物的膜做出破坏的。业界对P3HTPCBM的膜的形貌理解和控制做了大量的工作,却极少有人对于单个富勒烯的形貌做研究,你有想过吧。

 

A:呃,其实迄今我没有看到过对富勒烯膜的研究,只看到在20年前有人对C60的膜有一些研究。确实,对于共混的膜的一半组成,居然几乎没有人去研究,这是一个值得深思的问题。

 

6.   Q:既然大部分文献都说提高富勒烯的LUMO越高越好,那提高到多少好呢?Nakamura5加成提高了0.4~0.5eVVoc只高到0.6~07,而Jsc降到1~3,这是为什么呢?

 

A:电子给体的LUMO与受体的LUMO间的间隙ΔE1,是必须有0.3~0.4eV以上的,因为在有机物中激子分离的能量是这个值,Nakamura的衍生物效果很差的原因是P3HTPCBMΔE1只有0.5eV,若将富勒烯的LUMO提高0.4~0.5eV,将使ΔE1只有0~0.1eV,这样激子就无法分离, Jsc很低就是一个佐证。

 

QNakamura这篇文献给出的P3HTPCBMΔE1确实是0.5eV,可是还有很多文献给出的值是1~1.1eV,如果真实情况是后者,那么就无法从ΔE1角度解释了。

 

A:这确实是一个问题,业界对于P3HTPCBMΔE1是没有达成共识的,我也在思考这个问题,有什么方法可以证明或研究这一点呢?

 



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