2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——有機(jī)光電材料的性能優(yōu)化與設(shè)計(jì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在括號內(nèi)）1.在有機(jī)光電材料中，增加分子共軛體系的長度通常旨在（）。A.降低最高占據(jù)分子軌道（HOMO）能級B.提高激子解離能C.減小電子遷移率D.增加分子量以提高溶解性2.有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）中，空穴傳輸層（HTM）的主要功能是（）。A.提供電子給發(fā)光層B.促進(jìn)發(fā)光層中激子的形成C.選擇性地傳輸空穴到發(fā)光層并阻止電子注入D.增強(qiáng)器件的光學(xué)透明度3.對于有機(jī)光伏器件（OPV），給體和受體材料之間理想的能級匹配是為了實(shí)現(xiàn)（）。A.最大程度的激子復(fù)合B.最高的激子遷移率C.高效的載流子分選，即光生空穴和電子分別進(jìn)入不同的傳輸層D.最小的電荷重組能4.提高有機(jī)光電材料器件穩(wěn)定性的一個(gè)常用策略是（）。A.使用高遷移率的材料B.引入穩(wěn)定官能團(tuán)或進(jìn)行分子間交聯(lián)C.增加器件工作溫度D.減小活性層厚度5.影響有機(jī)材料光致發(fā)光量子效率（PLQE）的關(guān)鍵因素之一是（）。A.材料的旋涂均勻性B.激子形成能C.器件中的電荷注入勢壘D.材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度6.在有機(jī)半導(dǎo)體中，通過引入給體和受體形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其主要目的是（）。A.增加材料的溶解度B.調(diào)控材料的能級，以促進(jìn)電荷的有效分離C.提高材料的熒光強(qiáng)度D.減少材料的激子解離能7.有機(jī)材料中的非共軛部分或給/受體界面工程，主要目的是為了（）。A.增加材料的導(dǎo)電性B.調(diào)節(jié)分子堆積，影響激子解離和電荷傳輸C.提高材料的熔點(diǎn)D.增強(qiáng)材料的光吸收系數(shù)8.界面態(tài)對有機(jī)光電器件性能的主要影響是（）。A.提供額外的載流子產(chǎn)生源B.阻礙電荷傳輸C.增強(qiáng)激子復(fù)合D.提高器件的熱穩(wěn)定性9.在設(shè)計(jì)具有高開路電壓（Voc）的OPV器件時(shí)，需要關(guān)注（）。A.高的短路電流密度（Jsc）B.給體和受體之間較大的能級差C.高的電荷遷移率D.高的填充因子（FF）10.下列哪種效應(yīng)是有機(jī)光電器件工作時(shí)的主要能量損失機(jī)制？（）A.激子無輻射躍遷B.電荷注入效率C.載流子熱擴(kuò)散D.器件封裝材料的透光性二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.有機(jī)光電材料的光電性能通常與其__________、__________和載流子傳輸特性密切相關(guān)。2.為了提高有機(jī)光電器件的效率，需要優(yōu)化材料的__________、器件的__________以及加工的__________。3.有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）中，__________是指發(fā)光層中電子和空穴復(fù)合形成的束縛態(tài)。4.影響有機(jī)材料電致發(fā)光顏色的是材料的__________，通常由其最高占據(jù)分子軌道（HOMO）和最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）能級差決定。5.在OPV器件中，給體和受體材料在界面處形成__________結(jié)構(gòu)，有助于分離光生電荷。6.有機(jī)材料的空穴遷移率通常比電子遷移率__________（填“高”或“低”）。7.提高有機(jī)光電材料器件穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵途徑是降低材料或器件的__________過程。8.器件的填充因子（FF）定義為__________與__________之比。9.有機(jī)光伏器件中，開路電壓（Voc）主要取決于給體和受體材料的__________之差。10.有機(jī)材料的光物理過程包括吸收、發(fā)射、__________和系間竄越等。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述分子工程中通過調(diào)節(jié)分子共軛長度對有機(jī)光電材料性能的影響。2.簡述有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）中，空穴傳輸層（HTM）和電子傳輸層（ETM）各自的作用。3.簡述有機(jī)光伏器件（OPV）中，給體和受體材料在界面處形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)促進(jìn)電荷分離的機(jī)理。4.簡述提高有機(jī)光電材料器件穩(wěn)定性的一個(gè)具體方法及其原理。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述有機(jī)光電材料分子設(shè)計(jì)中，引入給體/受體單元或特定功能基團(tuán)對調(diào)控材料性能（如能量轉(zhuǎn)移、電荷傳輸、穩(wěn)定性）的原理和策略。2.論述有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）器件性能的關(guān)鍵指標(biāo)（如EQE、壽命）與材料結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)、界面工程以及加工工藝之間的相互關(guān)系。3.論述有機(jī)光伏器件（OPV）面臨的主要挑戰(zhàn)（如效率衰減、穩(wěn)定性、壽命），并針對其中一兩個(gè)挑戰(zhàn)，提出可能的材料或器件層面的解決方案及理由。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.B6.B7.B8.B9.B10.A二、填空題1.能級結(jié)構(gòu)，分子堆積2.材料結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)，加工工藝3.激子4.能級5.驟變（或異質(zhì)）6.高7.化學(xué)降解（或光降解）8.短路電流密度，開路電壓9.HOMO-LUMO能級10.能量轉(zhuǎn)移三、簡答題1.解析思路：調(diào)節(jié)分子共軛長度直接影響材料的電子結(jié)構(gòu)（能級）和光學(xué)特性（吸收/發(fā)射波長）。增加共軛長度通常能降低LUMO能級，提高吸收邊長，可能增強(qiáng)電子云離域，有利于電荷傳輸，但也可能使材料過于柔性，影響分子堆積和激子解離，甚至降低穩(wěn)定性。反之，縮短共軛長度則通常提高LUMO能級，紅移吸收，可能限制電荷傳輸能力。因此，共軛長度是分子設(shè)計(jì)中平衡吸收、電荷傳輸、激子解離和穩(wěn)定性等關(guān)鍵因素的重要參數(shù)。2.解析思路：HTM主要作用是：1)選擇性地高效傳輸空穴到發(fā)光層；2)阻止或抑制電子從發(fā)光層注入；3)為發(fā)光層提供良好的電接觸。ETM主要作用是：1)選擇性地高效傳輸電子到發(fā)光層；2)阻止或抑制空穴從發(fā)光層注入；3)為發(fā)光層提供良好的電接觸。它們共同確保電荷單向高效地注入發(fā)光層，減少電荷重組，從而提高器件效率和穩(wěn)定性。3.解析思路：在OPV異質(zhì)界面處，由于給體和受體能級不同，光生激子靠近界面時(shí)會(huì)解離成自由電子和空穴。這些載流子由于不同的能級（或電場）傾向于分別進(jìn)入能級相對較高的層（通常是電子進(jìn)入受體，空穴進(jìn)入給體）。這種內(nèi)建電場驅(qū)動(dòng)的電荷分離效應(yīng)，有效避免了電荷在激子態(tài)就復(fù)合損失能量，提高了器件的光伏轉(zhuǎn)換效率。4.解析思路：一個(gè)具體方法是引入穩(wěn)定基團(tuán)（如烷基鏈）或進(jìn)行交聯(lián)。原理是：1)穩(wěn)定基團(tuán)（如長烷基鏈）可以增加分子間范德華力，降低分子運(yùn)動(dòng)能力，減緩化學(xué)降解和物理損傷（如氧氣、水分侵蝕）；2)分子間或分子內(nèi)交聯(lián)可以形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，限制分子鏈的運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械強(qiáng)度，阻止反應(yīng)物接觸活性位點(diǎn)，從而顯著提高器件的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，延長使用壽命。四、論述題1.解析思路：論述應(yīng)包含：1)共軛體系調(diào)節(jié)能級，影響吸收光譜、LUMO/HOMO，進(jìn)而影響電荷注入/傳輸；2)引入給體/受體單元形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，調(diào)控界面能級，促進(jìn)電荷分離；3)引入特定功能基團(tuán)，如烷基鏈（增加穩(wěn)定性）、強(qiáng)吸電子基（降低LUMO，調(diào)控傳輸）、給電子基（降低HOMO，調(diào)控傳輸）、柔/剛段（調(diào)控堆積），甚至光敏基團(tuán)（調(diào)控能量轉(zhuǎn)移、吸收）。需結(jié)合具體實(shí)例或機(jī)理說明這些設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化（效率、穩(wěn)定性等）。2.解析思路：論述應(yīng)系統(tǒng)闡述各因素對關(guān)鍵指標(biāo)的影響：1)材料結(jié)構(gòu)：給體/受體能級匹配影響Voc；分子量、溶解性、形貌影響加工和Jsc；共軛長度、堆積影響遷移率和光譜；穩(wěn)定性決定壽命。2)器件結(jié)構(gòu)：層厚、電極材料、界面層影響電荷注入、傳輸、復(fù)合和光學(xué)。3)界面工程：界面形貌、能級、缺陷鈍化直接影響電荷傳輸效率和復(fù)合速率，是決定器件性能的關(guān)鍵。4)加工工藝：溶劑、溫度、方法影響薄膜形貌（晶相、厚度、均勻性），進(jìn)而影響電荷傳輸、光學(xué)和穩(wěn)定性，最終決定器件的整體性能（EQE、壽命）。需強(qiáng)調(diào)各因素間的相互作用。3.解析思路：挑戰(zhàn)論述應(yīng)包括：1)效率衰減：光損失、熱損失、電荷重組損失、提取損失等；2)穩(wěn)定性差：光化學(xué)降解（UV、氧氣）、熱降解、濕氣敏感、器件內(nèi)部缺陷（如針孔）導(dǎo)致緩慢降解；3)壽命有