功能分子材料

陈义旺、李东平主编的《功能分子材料》根据 “以功能为导向分子基材料的设计策略、合成方法 、应用前景及发展脉络、前沿及展望为主题框架， 涵括基础，突出前沿及发展，以典型的实例来揭示 相关研究领域的进展”的指导原则来进行编著。内 容包括有机太阳能电池材料、有机场效应晶体管材 料、有机电致发光材料、非线性光学分子材料、聚 集诱导荧光材料、铁电功能材料、导电高分子材料 、分子基磁性材料、多孔材料、分子催化材料等方 面，既涵盖了功能分子材料的基础知识体系，又突 出该领域新发展、特点及新的研究方法，体现研究 的基本规律，以激发和培养学生科学的思维方法、 创新意识和创新能力。

第1章 绪论 / 1 1.1 材料的分类及特点 1 1.1.1 材料的分类 1 1.1.2 材料的特点 1 1.2 功能分子材料 2 1.2.1 功能分子材料的定义 2 1.2.2 功能分子材料的特点 2 1.2.3 功能分子材料的发展趋势 3 1.3 展望 6 参考文献 7 第2章 有机太阳能电池材料 / 8 2.1 概述 8 2.1.1 有机太阳能电池发展背景 8 2.1.2 有机太阳能电池发展历史 9 2.1.3 本体异质结有机太阳能电池 11 2.1.4 界面缓冲层及器件结构 12 2.1.5 太阳能电池的器件参数 13 2.1.6 活性层材料的设计规则 14 2.2 有机太阳能电池活性层材料 15 2.2.1 聚合物给体材料 15 2.2.2 小分子给体材料 17 2.2.3 聚合物受体材料 23 2.2.4 小分子受体材料 26 2.3 染料敏化太阳能电池 30 2.3.1 染料敏化太阳能电池的发展 30 2.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理 31 2.3.3 染料敏化太阳能电池的研究进展 31 2.3.4 染料敏化太阳能电池光阳极 33 2.3.5 染料敏化太阳能电池中的电解质 33 2.4 有机无机杂化太阳能电池 34 2.4.1 有机无机杂化太阳能的概述 34 2.4.2 杂化电池的原理和结构 34 2.4.3 杂化电池的发展史 36 2.4.4 给体材料的发展和选择 36 2.4.5 无机半导体材料的选择和发展 38 2.5 钙钛矿太阳能电池 41 2.5.1 钙钛矿太阳能电池的发展 41 2.5.2 钙钛矿薄膜的形貌调控 43 2.5.3 太阳能电池中钙钛矿光吸收层的结构设计 44 2.5.4 发展基于钙钛矿的光吸收层 45 2.5.5 带隙调控 46 参考文献 53 第3章 有机场效应晶体管材料 / 58 3.1 概述 58 3.1.1 有机场效应晶体管器件 58 3.1.2 有机场效应晶体管材料 61 3.2 小分子空穴传输材料 61 3.2.1 并苯类 61 3.2.2 联苯和芴类 63 3.2.3 并噻吩类 64 3.2.4 含O或S原子的稠环类 66 3.2.5 低聚噻吩类 67 3.2.6 酞菁和卟啉类 70 3.2.7 氮杂并苯类 71 3.3 小分子电子传输材料 72 3.3.1 卤素原子修饰类 73 3.3.2 强吸电子基团修饰类 74 3.3.3 酰亚胺类 77 3.3.4 富勒烯类 79 3.4 聚合物空穴传输材料 80 3.4.1 聚噻吩类 80 3.4.2 聚并噻吩类 81 3.4.3 聚吡咯并吡咯二酮类 82 3.4.4 聚异靛蓝类 83 3.5 聚合物电子传输材料 84 参考文献 85 第4章 有机电致发光材料 / 88 4.1 概述 88 4.1.1 OLED器件结构 88 4.1.2 OLED制备工艺 89 4.1.3 OLED性能指标 89 4.1.4 第1章 绪论 / 1 1.1 材料的分类及特点 1 1.1.1 材料的分类 1 1.1.2 材料的特点 1 1.2 功能分子材料 2 1.2.1 功能分子材料的定义 2 1.2.2 功能分子材料的特点 2 1.2.3 功能分子材料的发展趋势 3 1.3 展望 6 参考文献 7 第2章 有机太阳能电池材料 / 8 2.1 概述 8 2.1.1 有机太阳能电池发展背景 8 2.1.2 有机太阳能电池发展历史 9 2.1.3 本体异质结有机太阳能电池 11 2.1.4 界面缓冲层及器件结构 12 2.1.5 太阳能电池的器件参数 13 2.1.6 活性层材料的设计规则 14 2.2 有机太阳能电池活性层材料 15 2.2.1 聚合物给体材料 15 2.2.2 小分子给体材料 17 2.2.3 聚合物受体材料 23 2.2.4 小分子受体材料 26 2.3 染料敏化太阳能电池 30 2.3.1 染料敏化太阳能电池的发展 30 2.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理 31 2.3.3 染料敏化太阳能电池的研究进展 31 2.3.4 染料敏化太阳能电池光阳极 33 2.3.5 染料敏化太阳能电池中的电解质 33 2.4 有机无机杂化太阳能电池 34 2.4.1 有机无机杂化太阳能的概述 34 2.4.2 杂化电池的原理和结构 34 2.4.3 杂化电池的发展史 36 2.4.4 给体材料的发展和选择 36 2.4.5 无机半导体材料的选择和发展 38 2.5 钙钛矿太阳能电池 41 2.5.1 钙钛矿太阳能电池的发展 41 2.5.2 钙钛矿薄膜的形貌调控 43 2.5.3 太阳能电池中钙钛矿光吸收层的结构设计 44 2.5.4 发展基于钙钛矿的光吸收层 45 2.5.5 带隙调控 46 参考文献 53 第3章 有机场效应晶体管材料 / 58 3.1 概述 58 3.1.1 有机场效应晶体管器件 58 3.1.2 有机场效应晶体管材料 61 3.2 小分子空穴传输材料 61 3.2.1 并苯类 61 3.2.2 联苯和芴类 63 3.2.3 并噻吩类 64 3.2.4 含O或S原子的稠环类 66 3.2.5 低聚噻吩类 67 3.2.6 酞菁和卟啉类 70 3.2.7 氮杂并苯类 71 3.3 小分子电子传输材料 72 3.3.1 卤素原子修饰类 73 3.3.2 强吸电子基团修饰类 74 3.3.3 酰亚胺类 77 3.3.4 富勒烯类 79 3.4 聚合物空穴传输材料 80 3.4.1 聚噻吩类 80 3.4.2 聚并噻吩类 81 3.4.3 聚吡咯并吡咯二酮类 82 3.4.4 聚异靛蓝类 83 3.5 聚合物电子传输材料 84 参考文献 85 第4章 有机电致发光材料 / 88 4.1 概述 88 4.1.1 OLED器件结构 88 4.1.2 OLED制备工艺 89 4.1.3 OLED性能指标 89 4.1.4 OLED发光材料分类 90 4.2 蓝光材料 91 4.2.1 小分子蓝光材料 91 4.2.2 枝状蓝光材料 104 4.2.3 聚合物蓝光材料 106 4.3 绿光材料 107 4.3.1 荧光型绿光材料 108 4.3.2 磷光型绿光材料 111 4.4 红光材料 111 4.4.1 荧光型红光材料 111 4.4.2 磷光型红光材料 114 4.5 白光材料 115 4.5.1 小分子型白光材料 115 4.5.2 聚合物型白光材料 117 4.6 其他 119 4.6.1 热活化延迟荧光 119 4.6.2 材料合成 119 4.6.3 材料理论计算 121 4.7 结语 121 参考文献 123 第5章 非线性光学分子材料 / 126 5.1 非线性光学基础 126 5.1.1 非线性光学简介 126 5.1.2 非线性光学基本概念 126 5.1.3 非线性光学原理 127 5.1.4 非线性光学发展进程 128 5.2 非线性光学分类 129 5.2.1 按光学性能分类 129 5.2.2 按材料类型分类 129 5.3 应用与展望 144 参考文献 145 第6章 聚集诱导荧光材料 / 147 6.1 概述 147 6.2 基于AIE染料纳米探针的设计方案 148 6.2.1 聚集诱导发光分子和两亲性高分子的自组装 148 6.2.2 共价结合聚集诱导发光染料和高分子 149 6.2.3 乳液聚合 151 6.2.4 可逆加成断裂链转移聚合 152 6.2.5 开环易位聚合 154 6.2.6 开环反应 155 6.2.7 溶胶-凝胶封装法 157 6.3 生物医学应用 158 6.3.1 生物成像 158 6.3.2 生物传感器 162 6.3.3 诊疗 163 6.4 基于聚集诱导发光分子的传感检测 166 6.4.1 检测带电生物分子 167 6.4.2 核酸酶活性测定和抑制剂的筛选 169 6.4.3 选择性ATP检测和相关磷酸酶测定 171 6.4.4 乙酰胆碱酯酶活性测定和抑制剂的筛选 172 6.4.5 特定阴离子和金属阳离子的选择性测定 173 6.4.6 挥发性和爆炸性有机化合物的检测 176 6.5 结论和展望 176 参考文献 177 第7章 铁电功能材料 / 180 7.1 铁电材料的历史 180 7.2 铁电材料基础 181 7.2.1 铁电材料的表征 181 7.2.2 极化和铁电畴 183 7.3 铁电材料的分类及研究进展 184 7.3.1 有机-无机杂化铁电材料 184 7.3.2 有机铁电材料 219 7.3.3 液晶铁电材料 226 7.4 铁电材料的发展前景 229 参考文献 230 第8章 导电高分子材料 / 236 8.1 概述 236 8.2 本征型导电高分子材料 237 8.2.1 本征型导电高分子材料概述 237 8.2.2 本征型导电高分子材料的导 OLED发光材料分类 90 4.2 蓝光材料 91 4.2.1 小分子蓝光材料 91 4.2.2 枝状蓝光材料 104 4.2.3 聚合物蓝光材料 106 4.3 绿光材料 107 4.3.1 荧光型绿光材料 108 4.3.2 磷光型绿光材料 111 4.4 红光材料 111 4.4.1 荧光型红光材料 111 4.4.2 磷光型红光材料 114 4.5 白光材料 115 4.5.1 小分子型白光材料 115 4.5.2 聚合物型白光材料 117 4.6 其他 119 4.6.1 热活化延迟荧光 119 4.6.2 材料合成 119 4.6.3 材料理论计算 121 4.7 结语 121 参考文献 123 第5章 非线性光学分子材料 / 126 5.1 非线性光学基础 126 5.1.1 非线性光学简介 126 5.1.2 非线性光学基本概念 126 5.1.3 非线性光学原理 127 5.1.4 非线性光学发展进程 128 5.2 非线性光学分类 129 5.2.1 按光学性能分类 129 5.2.2 按材料类型分类 129 5.3 应用与展望 144 参考文献 145 第6章 聚集诱导荧光材料 / 147 6.1 概述 147 6.2 基于AIE染料纳米探针的设计方案 148 6.2.1 聚集诱导发光分子和两亲性高分子的自组装 148 6.2.2 共价结合聚集诱导发光染料和高分子 149 6.2.3 乳液聚合 151 6.2.4 可逆加成断裂链转移聚合 152 6.2.5 开环易位聚合 154 6.2.6 开环反应 155 6.2.7 溶胶-凝胶封装法 157 6.3 生物医学应用 158 6.3.1 生物成像 158 6.3.2 生物传感器 162 6.3.3 诊疗 163 6.4 基于聚集诱导发光分子的传感检测 166 6.4.1 检测带电生物分子 167 6.4.2 核酸酶活性测定和抑制剂的筛选 169 6.4.3 选择性ATP检测和相关磷酸酶测定 171 6.4.4 乙酰胆碱酯酶活性测定和抑制剂的筛选 172 6.4.5 特定阴离子和金属阳离子的选择性测定 173 6.4.6 挥发性和爆炸性有机化合物的检测 176 6.5 结论和展望 176 参考文献 177 第7章 铁电功能材料 / 180 7.1 铁电材料的历史 180 7.2 铁电材料基础 181 7.2.1 铁电材料的表征 181 7.2.2 极化和铁电畴 183 7.3 铁电材料的分类及研究进展 184 7.3.1 有机-无机杂化铁电材料 184 7.3.2 有机铁电材料 219 7.3.3 液晶铁电材料 226 7.4 铁电材料的发展前景 229 参考文献 230 第8章 导电高分子材料 / 236 8.1 概述 236 8.2 本征型导电高分子材料 237 8.2.1 本征型导电高分子材料概述 237 8.2.2 本征型导电高分子材料的导电机理 238 8.2.3 本征型导电高分子的制备 239 8.2.4 离子型导电聚合物的制备 241 8.3 主要结构型导电高分子 242 8.3.1 主要结构型导电高分子的种类 242 8.3.2 本征型导电高分子材料的应用 243 8.4 复合型导电分子材料 252 8.4.1 复合型导电高分子材料的分类 252 8.4.2 复合型导电高分子材料的导电理论 255 8.4.3 影响复合型导电高分子材料导电性能的因素 257 8.4.4 复合型导电高分子材料的应用 257 参考文献 263 第9章 梯形共轭聚合物类有机半导体 / 266 9.1 概述 266 9.2 典型的梯形共轭聚合物BBL和LPPP 267 9.2.1 聚苯并咪唑萘酰亚胺 267 9.2.2 梯形聚苯 268 9.3 聚并苯类梯形聚合物 269 9.4 梯形共轭聚合物的构建方法 273 9.4.1 Suzuki反应的构建 273 9.4.2 Yamamoto反应的构建 275 9.4.3 Diels-Alder反应的构建 275 9.5 聚染料类梯形聚合物 276 9.5.1 聚苝酰亚胺类梯形聚合物 276 9.5.2 梯形共轭聚卟啉 281 参考文献 283 第10章 分子基磁性材料 / 285 10.1 概述 286 10.2 磁性的分类 287 10.2.1 抗磁性 287 10.2.2 顺磁性 288 10.2.3 Van Vleck方程和磁耦合 288 10.2.4 铁磁性 291 10.2.5 反铁磁性 292 10.2.6 亚铁磁性 292 10.2.7 倾斜弱铁磁性 293 10.2.8 介磁性 293 10.3 单分子磁体 294 10.3.1 过渡金属单分子磁体 296 10.3.2 3d-4f单分子磁体 301 10.3.3 稀土金属单分子磁体 304 10.3.4 单离子磁体 313 10.4 单链磁体 323 10.5 自旋玻璃 325 10.6 自旋交叉材料 325 10.7 高Tc材料 329 10.8 磁制冷材料 329 10.9 多功能磁性材料 333 10.9.1 手性磁体 333 10.9.2 导电磁体 335 10.9.3 光诱导磁体 339 10.9.4 多铁材料 341 参考文献 344 第11章 多孔有机功能材料 / 351 11.1 概述 351 11.2 金属-有机框架材料 351 11.2.1 MOFs的特点及性质 351 11.2.2 MOFs的构筑策略及设计合成 353 11.2.3 MOFs材料的应用 354 11.3 共价有机框架材料 358 11.3.1 COFs材料的特点及性质 358 11.3.2 COFs的构建策略与设计合成 362 11.3.3 COFs的应用开发 364 11.4 共轭微孔聚合物 367 11.4.1 CMPs的结构特点 367 11.4.2 CMPs的设计合成及应电机理 238 8.2.3 本征型导电高分子的制备 239 8.2.4 离子型导电聚合物的制备 241 8.3 主要结构型导电高分子 242 8.3.1 主要结构型导电高分子的种类 242 8.3.2 本征型导电高分子材料的应用 243 8.4 复合型导电分子材料 252 8.4.1 复合型导电高分子材料的分类 252 8.4.2 复合型导电高分子材料的导电理论 255 8.4.3 影响复合型导电高分子材料导电性能的因素 257 8.4.4 复合型导电高分子材料的应用 257 参考文献 263 第9章 梯形共轭聚合物类有机半导体 / 266 9.1 概述 266 9.2 典型的梯形共轭聚合物BBL和LPPP 267 9.2.1 聚苯并咪唑萘酰亚胺 267 9.2.2 梯形聚苯 268 9.3 聚并苯类梯形聚合物 269 9.4 梯形共轭聚合物的构建方法 273 9.4.1 Suzuki反应的构建 273 9.4.2 Yamamoto反应的构建 275 9.4.3 Diels-Alder反应的构建 275 9.5 聚染料类梯形聚合物 276 9.5.1 聚苝酰亚胺类梯形聚合物 276 9.5.2 梯形共轭聚卟啉 281 参考文献 283 第10章 分子基磁性材料 / 285 10.1 概述 286 10.2 磁性的分类 287 10.2.1 抗磁性 287 10.2.2 顺磁性 288 10.2.3 Van Vleck方程和磁耦合 288 10.2.4 铁磁性 291 10.2.5 反铁磁性 292 10.2.6 亚铁磁性 292 10.2.7 倾斜弱铁磁性 293 10.2.8 介磁性 293 10.3 单分子磁体 294 10.3.1 过渡金属单分子磁体 296 10.3.2 3d-4f单分子磁体 301 10.3.3 稀土金属单分子磁体 304 10.3.4 单离子磁体 313 10.4 单链磁体 323 10.5 自旋玻璃 325 10.6 自旋交叉材料 325 10.7 高Tc材料 329 10.8 磁制冷材料 329 10.9 多功能磁性材料 333 10.9.1 手性磁体 333 10.9.2 导电磁体 335 10.9.3 光诱导磁体 339 10.9.4 多铁材料 341 参考文献 344 第11章 多孔有机功能材料 / 351 11.1 概述 351 11.2 金属-有机框架材料 351 11.2.1 MOFs的特点及性质 351 11.2.2 MOFs的构筑策略及设计合成 353 11.2.3 MOFs材料的应用 354 11.3 共价有机框架材料 358 11.3.1 COFs材料的特点及性质 358 11.3.2 COFs的构建策略与设计合成 362 11.3.3 COFs的应用开发 364 11.4 共轭微孔聚合物 367 11.4.1 CMPs的结构特点 367 11.4.2 CMPs的设计合成及应用 368 11.5 多孔芳香骨架材料 370 11.5.1 PAFs的性质特点 370 11.5.2 PAFs的合成及应用 370 11.6 展望 371 参考文献 371 第12章 分子催化材料 / 373 12.1 概述 373 12.2 过渡金属化合物作分子催化材料 374 12.2.1 d区元素化合物作分子催化材料 374 12.2.2 ds区元素化合物作分子催化材料 387 12.2.3 主族金属元素化合物作分子催化材料 390 12.3 有机酸碱化合物作分子催化材料 392 12.3.1 有机酸化合物作分子催化材料 392 12.3.2 有机碱化合物作分子催化材料 395 12.4 分子催化材料的未来与展望 397 参考文献 398用 368 11.5 多孔芳香骨架材料 370 11.5.1 PAFs的性质特点 370 11.5.2 PAFs的合成及应用 370 11.6 展望 371 参考文献 371 第12章 分子催化材料 / 373 12.1 概述 373 12.2 过渡金属化合物作分子催化材料 374 12.2.1 d区元素化合物作分子催化材料 374 12.2.2 ds区元素化合物作分子催化材料 387 12.2.3 主族金属元素化合物作分子催化材料 390 12.3 有机酸碱化合物作分子催化材料 392 12.3.1 有机酸化合物作分子催化材料 392 12.3.2 有机碱化合物作分子催化材料 395 12.4 分子催化材料的未来与展望 397 参考文献 398