2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——有機(jī)光電材料的合成與性能研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一種有機(jī)材料通常用作有機(jī)光伏器件（OPV）中的電子給體？A.苯胺B.三苯胺C.富勒烯（C60）D.碳納米管2.有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的工作原理主要基于：A.光的反射效應(yīng)B.光的散射效應(yīng)C.電致發(fā)光（電荷注入和復(fù)合發(fā)光）D.光化學(xué)催化反應(yīng)3.在設(shè)計(jì)具有高效光致發(fā)光性能的有機(jī)材料時(shí)，通常需要考慮：A.良好的導(dǎo)電性B.高的熒光量子產(chǎn)率C.穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)D.以上都是4.下列哪種合成方法常用于制備具有規(guī)整共軛結(jié)構(gòu)的聚乙炔類(lèi)有機(jī)半導(dǎo)體？A.偶聯(lián)反應(yīng)B.開(kāi)環(huán)聚合C.基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合D.催化加氫反應(yīng)5.有機(jī)光電材料的熒光量子產(chǎn)率（ΦF）定義為：A.發(fā)光分子數(shù)/吸收分子數(shù)B.熒光積分面積/吸收積分面積C.熒光壽命/激發(fā)壽命D.發(fā)光分子數(shù)/總分子數(shù)（包括未激發(fā)和猝滅的）6.為了提高有機(jī)光伏器件的短路電流密度（Jsc），通常需要優(yōu)化：A.材料的開(kāi)路電壓（Voc）B.材料的能量級(jí)匹配C.電極的透明度和導(dǎo)電性D.材料的穩(wěn)定性7.在有機(jī)光電材料的合成中，保護(hù)基團(tuán)的使用主要是為了：A.提高反應(yīng)速率B.防止不desired的副反應(yīng)發(fā)生C.增強(qiáng)材料的發(fā)光強(qiáng)度D.降低材料的合成成本8.下列哪種有機(jī)材料因其優(yōu)異的空穴傳輸能力和熱穩(wěn)定性，常被用作OLED器件的空穴傳輸層（HTL）？A.P3HTB.PCBMC.N,N'-雙（1-萘基）-N,N'-雙苯基-聯(lián)苯胺（NPB）D.CuPc9.影響有機(jī)光電材料器件穩(wěn)定性的主要因素之一是：A.材料的晶相純度B.空氣中的氧氣和水汽C.電流密度的大小D.以上都是10.利用生物質(zhì)資源（如淀粉、纖維素）為前驅(qū)體合成有機(jī)光電材料，符合：A.綠色化學(xué)原則B.石油化工路線(xiàn)C.礦產(chǎn)資源利用D.核能利用二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.有機(jī)光電材料通常表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)特性，如______、______和熒光發(fā)射等。2.有機(jī)光伏器件的基本結(jié)構(gòu)通常包括電子給體層、電子受體層、______和______。3.影響有機(jī)半導(dǎo)體電導(dǎo)率的主要因素包括其______、______和分子間相互作用。4.在有機(jī)光電材料的性能測(cè)試中，紫外-可見(jiàn)吸收光譜主要用于確定材料的______和______。5.有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）器件中，______負(fù)責(zé)傳輸空穴，______負(fù)責(zé)傳輸電子。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述給體-受體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)有機(jī)光伏材料光吸收特性的影響。2.比較溶液法（如旋涂、噴涂）和氣相沉積法（如真空熱蒸發(fā)、濺射）制備有機(jī)光電薄膜的主要區(qū)別。3.結(jié)合資源化學(xué)專(zhuān)業(yè)背景，簡(jiǎn)述利用可再生資源合成有機(jī)光電材料的一種途徑及其意義。四、合成題（10分）設(shè)計(jì)一種合成3-（2-噻吩基）-4-苯基噻吩的路線(xiàn)。要求：寫(xiě)出主要合成步驟，并簡(jiǎn)要說(shuō)明每步反應(yīng)類(lèi)型及關(guān)鍵條件（如催化劑、溶劑、溫度等）。五、論述題（15分）論述提高有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）器件效率和穩(wěn)定性的主要策略，并分析這些策略之間可能存在的權(quán)衡關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.A6.B7.B8.C9.D10.A二、填空題1.光吸收，非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)2.陰極，陽(yáng)極3.共軛性，分子量/分子尺寸4.化學(xué)結(jié)構(gòu)，能帶隙5.陽(yáng)極，陰極三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：給體和受體材料具有不同的能級(jí)。當(dāng)兩者形成混合薄膜或器件結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)界面工程調(diào)控能級(jí)匹配是關(guān)鍵。優(yōu)化的能級(jí)匹配可以產(chǎn)生有效的激子分離，使得光生電子和空穴能夠被有效分離并分別傳輸?shù)诫姌O，從而提高光電流和光電壓。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響材料的光吸收光譜，通常需要拓寬吸收范圍以捕獲更多太陽(yáng)光，同時(shí)保持合適的能級(jí)差異以利于電荷分離。給體材料一般具有較寬的吸收光譜，受體材料則可能具有特殊的吸收峰或與給體形成激子復(fù)合體。2.解析思路：溶液法通常在較低溫度下進(jìn)行，利用溶劑的揮發(fā)使材料成膜，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低，易于大面積制備，但可能引入溶劑殘留，影響器件性能和穩(wěn)定性，且對(duì)材料的溶解性有要求。氣相沉積法通常在真空或惰性氣氛下、較高溫度下進(jìn)行，能獲得高質(zhì)量、均勻、無(wú)溶劑殘留的薄膜，器件性能和穩(wěn)定性通常更好，但設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，成本高，且一般只適用于小面積制備。兩者在成膜機(jī)制、設(shè)備要求、成本、薄膜質(zhì)量、適用規(guī)模等方面存在顯著差異。3.解析思路：一種途徑是利用富含碳水化合物或木質(zhì)素的生物質(zhì)資源（如玉米淀粉、甘蔗渣、秸稈），通過(guò)化學(xué)或生物方法（如酶解、發(fā)酵）將其轉(zhuǎn)化為平臺(tái)化合物（如乳酸、乙醇、甘油），再進(jìn)一步化學(xué)合成目標(biāo)有機(jī)光電材料（如聚乳酸、聚乙烯醇衍生物）。這不僅可以減少對(duì)不可再生石油資源的依賴(lài)，符合可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)理念，而且有助于變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。四、合成題合成路線(xiàn)：1.2-噻吩基溴（或碘）與苯基鋰（或格氏試劑）在無(wú)水無(wú)氧條件下反應(yīng)，得到3-苯基噻吩。2.3-苯基噻吩與硫粉在堿（如NaOH）或催化劑存在下，加熱反應(yīng)，生成3-（2-噻吩基）-4-苯基噻吩。關(guān)鍵條件：1.步驟一：常用無(wú)水THF或DMF作溶劑，-78℃至室溫，使用相轉(zhuǎn)移催化劑或無(wú)水堿金屬（Li,Na）及格氏試劑，需嚴(yán)格無(wú)水無(wú)氧條件。2.步驟二：常用KOH或NaOH水溶液或醇溶液，乙醇、甲醇或DMF等作溶劑，加熱回流數(shù)小時(shí)至十幾個(gè)小時(shí)。五、論述題解析思路：提高效率策略：1.能級(jí)優(yōu)化：精確調(diào)控材料HOMO/LUMO能級(jí)，實(shí)現(xiàn)與電極（陰/陽(yáng)極）和載流子傳輸層（空穴/電子傳輸層）的良好匹配，減少界面勢(shì)壘，提高電荷注入和傳輸效率。2.分子工程：設(shè)計(jì)具有高遷移率、長(zhǎng)激子擴(kuò)散距離、合適能級(jí)和良好分子間堆積的給體和受體材料，以促進(jìn)激子分離和載流子傳輸。3.器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化：采用高效器件結(jié)構(gòu)，如雙層器件（D-A）、三層器件（D-A-D）或更復(fù)雜的疊層結(jié)構(gòu)，以拓寬光吸收范圍、增強(qiáng)電荷分離和收集。優(yōu)化活性層厚度和形貌。4.界面工程：通過(guò)引入界面修飾層、優(yōu)化電極材料、改善電極與活性層接觸等手段，降低界面電阻，促進(jìn)電荷注入/提取。5.摻雜：合理引入摻雜劑，調(diào)節(jié)材料的電導(dǎo)率。提高穩(wěn)定性策略：1.材料穩(wěn)定性：選擇化學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性更好的材料，避免材料在操作或使用過(guò)程中分解、降解。2.器件封裝：采用高阻隔性的封裝技術(shù)（如真空封裝、使用高透光性且阻氣阻濕性能優(yōu)異的窗口材料），有效隔絕空氣中的氧氣和水汽，防止它們與有機(jī)材料發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致器件性能衰減。3.緩沖層/保護(hù)層：在器件結(jié)構(gòu)中引入緩沖層或保護(hù)層，如空穴/電子阻擋層、界面層，以穩(wěn)定界面、抑制載流子復(fù)合和有害反應(yīng)。4.工藝優(yōu)化：優(yōu)化制備工藝，減少工藝步驟，避免對(duì)材料造成損傷。權(quán)衡關(guān)系分析：*效率與穩(wěn)定性：提高效率的某些策略可能犧牲穩(wěn)定性，例如，為了獲得高遷移率的材料，可能引入易于氧化的基團(tuán)；器件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，潛在的失效點(diǎn)越多。而提高穩(wěn)定性的封裝措施（如使用惰性氣體封裝）會(huì)增加器件成本和制備復(fù)雜性。因此，需要在兩者之間進(jìn)行權(quán)衡，找到最佳平衡點(diǎn)。*效率與成本：一些