Nghiên cứu polymer cấu trúc liên hợp II từ benzotriazole bằng phương pháp aryl hóa trực tiếp trong điều kiện nước

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Đặt vấn đề

1.2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

1.2.1. Mục tiêu hướng tới của luận văn

1.2.2. Nội dung mong đợi của luận văn

1.3. GIỚI THIỆU VỀ POLYMER DẪN VÀ BÁN DẪN

1.3.1. Định nghĩa dẫn và bán dẫn

1.3.2. Polymer cấu trúc liên hợp

1.3.3. Kiểm soát tính chất quang điện tử của polymer liên hợp

1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLYMER LIÊN HỢP

1.4.1. Giới thiệu về quá trình polymer hóa

1.4.1.1. Step-grownth polymerization

1.4.1.2. Chain-grownth polymerization

1.4.2. Polymer hóa thông qua phản ứng ghép Carbon-Carbon

1.4.2.1. Phương pháp tổng hợp Suzuki

1.4.2.2. Phương pháp tổng hợp Stitl

1.4.2.3. Polymer hóa bằng phương pháp aryl hóa trực tiếp

1.4.2.3.1. Lịch sử và quá trình phát triển

1.4.2.3.2. Cơ chế của phản ứng DArP

1.4.2.3.3. Các khuyết tật trong cấu trúc của polymer được tổng hợp từ DArP. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình polymer hóa

1.5. GIỚI THIỆU VỀ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT HÀM MẬT ĐỘ DFT

2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. TỔNG HỢP MONOMER NHẬN ĐIỆN TỬ

2.1.1. Tổng hợp monomer nhận điện tử 4,7-dibromo-2-(2-hexyldecyl)-benzo[d][1,2,3] triazole (HD-BTz – M4)

2.1.1.1. Hóa chất sử dụng

2.1.1.2. Cách thức thực hiện

2.1.2. Tổng hợp monomer nhận điện tử 2,5-bis(2-hexyldecyl)-3,6-di(thiophen-2-yl) pyrrolo[3,4-c] pyrrole-1,4(2H,5H)-dione (HD-DPP – M6)

2.1.2.1. Hóa chất sử dụng

2.1.2.2. Cách thức thực hiện

2.2. TỔNG HỢP COPOLYMER LIÊN HỢP NHẬN ĐIỆN TỬ

2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình polymer hóa

2.2.1.1. Hóa chất sử dụng

2.2.1.2. Quy trình thực hiện

2.2.2. Tổng hợp copolymer giữa HD-DPP và HD-BTz (P1)

2.2.3. Tổng hợp copolymer giữa EH-TPD và HD-BTz (P2)

2.2.4. Tổng hợp terpolymer liên hợp nhận điện tử (P3)

3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. TỔNG HỢP MONOMER NHẬN ĐIỆN TỬ

3.1.1. Tổng hợp monomer nhận điện tử 4,7-dibromo-2-(2-hexyldecyl)-benzo[d][1,2,3] triazole (HD-BTz – M4)

3.1.1.1. Kết quả quá trình tổng hợp

3.1.1.2. Kết quả phân tích FT-IR

3.1.1.3. Kết quả phân tích 1H-NMR

3.1.2. Tổng hợp monomer nhận điện tử 2,5-bis(2-hexyldecyl)-3,6-di(thiophen-2-yl) pyrrolo[3,4-c] pyrrole-1,4(2H,5H)-dione (HD-DPP – M6)

3.1.2.1. Kết quả quá trình tổng hợp

3.1.2.2. Kết quả phân tích FT-IR

3.1.2.3. Kết quả phân tích 1H-NMR

3.2. TỔNG HỢP COPOLYMER VÀ TERPOLYMER LIÊN HỢP NHẬN ĐIỆN TỬ

3.2.1. Kết quả khảo sát hàm lượng nước và thời gian thực hiện phản ứng

3.2.2. Kết quả quá trình tổng hợp và phân tích phương pháp sắc ký gel GPC

3.2.3. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FT-IR

3.2.4. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR

3.2.4.1. Copolymer giữa HD-DPP và HD-BTz (P1)

3.2.4.2. Copolymer giữa EH-TPD và HD-BTz (P2)

3.2.4.3. Terpolymer giữa HD-DPP, EH-TPD và HD-BTz (P3)

3.2.5. Đánh giá tính chất quang của các polymer đã tổng hợp

3.2.5.1. Phân tích phổ hấp thụ UV-Vis

3.2.5.2. Phân tích phổ quang phát xạ PL

3.2.6. Kết quả tính toán lý thuyết hàm mật độ DFT

3.2.7. Đánh giá tính chất nhiệt bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai DSC

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Tổng quan về polymer cấu trúc liên hợp

Polymer cấu trúc liên hợp π, đặc biệt là các polymer dựa trên benzotriazole, đã thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu và ứng dụng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như pin năng lượng mặt trời hữu cơ và OLED. Polymer cấu trúc liên hợp có khả năng dẫn điện và phát quang, nhờ vào cấu trúc π-conjugated cho phép di chuyển điện tử dễ dàng. Việc tổng hợp các polymer này thường sử dụng các phương pháp như Suzuki, Stille và phương pháp aryl hóa trực tiếp (DArP). Tuy nhiên, các phương pháp này thường yêu cầu tiền chất độc hại và quy trình phức tạp. Do đó, DArP đang trở thành một xu hướng nghiên cứu mới, mặc dù vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua.

1.1. Định nghĩa và ứng dụng của polymer cấu trúc liên hợp

Polymer cấu trúc liên hợp được định nghĩa là các polymer có cấu trúc cho phép sự liên kết của các orbital π. Chúng có ứng dụng quan trọng trong các thiết bị quang điện, nhờ vào tính chất quang điện tử vượt trội. Việc nghiên cứu và phát triển các polymer này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của các thiết bị mà còn mở ra hướng đi mới trong việc thiết kế vật liệu mới cho công nghệ năng lượng sạch.

II. Phương pháp tổng hợp polymer

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp các polymer cấu trúc liên hợp π từ benzotriazole thông qua phương pháp aryl hóa trực tiếp trong điều kiện nước. Phương pháp này giúp giảm thiểu các bước tổng hợp phức tạp và loại bỏ các tiền chất độc hại. Hơn nữa, việc thực hiện trong môi trường nước không chỉ thân thiện với môi trường mà còn giúp cải thiện hiệu suất tổng hợp. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình polymer hóa như hàm lượng nước, thời gian phản ứng và lượng base đã được khảo sát kỹ lưỡng, cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể dẫn đến việc tạo ra các polymer với trọng lượng phân tử cao và độ đa phân tán thấp.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình polymer hóa

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng nước và thời gian phản ứng là hai yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng của polymer tổng hợp. Cụ thể, việc sử dụng hàm lượng base tối ưu 40 eq. K2CO3 và thời gian phản ứng chỉ 2 giờ đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tạo ra các polymer có trọng lượng phân tử lên đến 10,000 g/mol. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của phương pháp DArP trong việc tổng hợp polymer cấu trúc liên hợp mới.

III. Đánh giá tính chất của polymer tổng hợp

Các polymer được tổng hợp từ nghiên cứu này đã được phân tích bằng nhiều phương pháp như 1H-NMR, FT-IR và GPC. Kết quả cho thấy các polymer có trọng lượng phân tử tương đối cao và độ đa phân tán thấp. Phân tích quang học cho thấy các polymer này có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị quang điện như pin năng lượng mặt trời và OLED. Việc đánh giá tính chất quang điện tử và nhiệt của các polymer cũng đã được thực hiện, cho thấy khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong công nghệ hiện đại.

3.1. Ứng dụng thực tiễn của polymer

Với khả năng hấp thụ quang phổ rộng và tính chất điện tốt, các polymer tổng hợp từ benzotriazole có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt, chúng có thể được sử dụng trong pin năng lượng mặt trời hữu cơ và OLED, góp phần vào việc phát triển công nghệ năng lượng sạch và bền vững. Sự phát triển của các polymer này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất thiết bị mà còn đóng góp vào nghiên cứu và phát triển vật liệu mới trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu polymer cấu trúc liên hợp II từ benzotriazole qua phương pháp aryl hóa trực tiếp