有机光电黑科技——石墨烯量子点与富勒烯 (C₆₀)

2023-12-19 18:02:19 默克生命科学

石墨烯量子点

碳与石墨烯量子点简介

胶体半导体量子点(QD)因其独特的尺寸-光电特性而在太阳能电池、发光二极管、生物成像、电子显示器以及其他光电设备中具有诸多潜在应用，因而也引起了广泛的研究兴趣。

然而由于高昂市场售价，无机QD在工业中的应用进展缓慢。此外，其高毒性也成为了应用开发的障碍。作为一种高性价比的替代品，碳量子点（CD、CQD或C-dot）及石墨烯量子点（GQD）近年来作为一种新型QD材料而兴起。CD及GQD具有无毒性、良好溶解性、稳定的光激发光等优势，使之成为替代无机QD的有力竞争者。

石墨烯量子点的应用

不同于传统QD，GQD具有生物相容性、光稳定性并且继承了石墨烯出色的热力性质、电性质和机械性能。这些特点都极大的促进了多种方向的应用，包括：

● 用于安全、防伪、品牌保护应用的标签

● 生物成像标志物

● 荧光聚合物

● 抗菌、抗生物淤积及抗感染系统。

● 重金属、湿度及压力传感器

● 电池

● 闪存设备

● 光伏器件

● 发光二极管

产品编号	说明
900713	石墨烯量子点aqua green luminescent, powder
900712	石墨烯量子点aqua green luminescent, 1 mg/mL in H₂O
900726	石墨烯量子点blue luminescent, powder
900560	石墨烯量子点，>0.005% in H2O

富勒烯与基于PCBM的n型半导体

富勒烯 (C₆₀)材料的独特化学和物理学不断促进着应用和基础科学取得进步。富勒烯作为优异的电子受体而闻名，可以通过化学改性来提高其在有机溶剂中的溶解度。此类可溶性富勒烯衍生物属于已知的最好n型有机半导体。

甲烷富勒烯苯基-C61 -丁酸-甲酯（ PCBM）是一种有效的溶液可加工型n型有机半导体。其可以与p型共轭聚合物混合制成光伏（PV）电池，也可以制成薄膜有机场效应晶体管 (OFETs)，在光电探测器领域也显现出了一定的潜力。与优异的p型半导体一样，PCBM可溶于以下有机溶剂：MDMO-PPV，MEH-PPV和P3HT一类（下表），这简化了杂化PV电池和OFET中混合物制备和溶液处理的工艺。

有机半导体	产品编号	LUMO	HOMO	溶于：
MDMO-PPV p型	546461	-3.4eV	-5.4ev	氯仿氯苯二氯苯甲苯
MEH-PPV p型	541443 (MW 40 – 70 kDa)	-3.0eV	-5.3eV
MEH-PPV p型	541435 (MW 70 – 100 kDa)	-3.0eV	-5.3eV
P3HT p型	445703 （regioregular）	-3.3eV	-5.0eV
P3HT p型	510823 （regiorandom）	-3.3eV	-5.0eV
PCBM n型	684430	-3.7eV	-6.1eV

表1 p型和n型有机半导体的传导（LUMO）和价（HOMO）带能量

货号	品名	结构	应用
684430	苯基-C₆₁-丁酸-甲酯，PCBM）， 99%（放大级）		最著名的PCBM化合物。有效的n型半导体，可溶于有机溶剂。用于太阳能电池（OPV），薄膜晶体管（OFET）和光探测器。
684449	苯基-C₆₁-丁酸-甲酯，PCBM）， 99.5％（研究级）
684457	苯基-C₆₁-丁酸-甲酯，[60] PCBM）， 99.9％（用于探索性工作）
684465	苯基-C₇₁-丁酸-甲酯，[70] PCBM），99％		与PCBM相比，PCBM增加了对可见光区域的光的吸收。可以改善OPV中的光捕获，尤其是与如MDMO-PPV一类的大型带隙供体结合使用时(546461)
685321	苯基-C₆₁-丁酸-丁酯，PCBB，[60] PCB-C4> 97%		PCBB的溶解度比PCBM略高，改善了膜形态，提高了由某些有机溶剂（THF，对二甲苯）沉积的OPV器件性能。
704326	[6.6]二苯基C62双(丁酸甲酯)		可溶性n型半导体，可用于富勒烯本体异质结太阳能电池

表2我们的PCBM库

产品	PCBM	PCBM	PCBM	ThCBM
货号	684430 684449 684457	684465	684473	688215
第一还原电位， E₁_/₂(V)	-1.078	-1.089	-0.730	-1.08
可溶性 (mg/ml) 甲苯对二甲苯 ·氯苯 ·氯仿 ·邻二氯苯 (ODCB)	10 5 25 25 30	20 10 40 30 70		5 5 10 20 20
摩尔消光系数 (mol⁻¹ cm⁻¹) 400 nm 650 nm	4,900 <1,000	19,000 2,000	28,000 4,000

表3部分PCBM属性

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货号	名称	规格	折扣立减
338001-100G	乙酰丙酮锆	97%	-96%
745855-250MG	12-巯基十二烷基膦酸	95%	-63%
B1252-100ML	三氟化硼-甲醇溶液	14% in methanol	-53%
338869-25G	氟化铵	≥99.99% trace metals basis	-53%
202908-10G	氯化镉	99.99% trace metals basis	-53%
229865-5G	硒	powder, −100 mesh, 99.99% trace metals basis	-53%
325252-100ML	双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯	75 wt. % in isopropanol	-53%
204102-10G	碘化钾	≥99.99% trace metals basis	-53%
229865-20G	硒	powder, −100 mesh, 99.99% trace metals basis	-53%
333859-25ML	原硅酸四乙酯	99.999% trace metals basis	-53%
O7805-500G	油胺	technical grade, 70%	-53%
763705-25ML	氧化石墨烯	2 mg/mL, dispersion in H₂O	-53%
211141-100G	溴化铅(II)	≥98%	-53%
215554-25G	碘化亚铜	99.999% trace metals basis	-53%
254185-10G	溴化铜	99.999% trace metals basis	-53%
755087-5G	醋酸镉	anhydrous, 99.995%	-53%
483028-10G	3,4-乙烯二氧噻吩	97%	-53%
698849-1G	多层碳纳米管	>98% carbon basis, O.D. × L 6-13 nm × 2.5-20 μm	-53%
806390-25G	甲胺氢碘酸盐		-53%
202142-100G	溴化铯	99.9% trace metals basis	-53%
203440-10G	三氯化铟	99.999% trace metals basis	-53%
185515-25G	芘	98%	-48%
377996-5ML	四异丙醇钛	99.999% trace metals basis	-48%
406341-1G	乙二醇二甲醚溴化镍	97%	-48%
204544-20G	碲	pieces, 99.999% trace metals basis	-43%
203572-10G	氯化铅(II)	99.999% trace metals basis	-43%
213292-10G	硫	99.998% trace metals basis	-33%
915696-5G	溴化铅(II)	Anhydrobeads™, 99.999% trace metals basis, (perovskite grade)	-23%