2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——有機光電材料的制備與性能研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填寫在答題紙上。）1.下列哪種效應(yīng)通常導(dǎo)致有機共軛分子的吸收波長紅移？A.競爭效應(yīng)B.共軛效應(yīng)增強C.超共軛效應(yīng)減弱D.分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移2.在有機光伏器件（OSC）中，實現(xiàn)光生電子-空穴對分離的關(guān)鍵因素通常與什么有關(guān)？A.染料分子的對稱性B.染料分子的HOMO-LUMO能級差C.染料分子在電極上的吸附強度D.染料分子的旋光性3.Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)在有機光電材料合成中廣泛應(yīng)用，其典型底物是？A.醛類和酮類B.酸類和酯類C.碳烯和炔烴D.苯乙烯類芳基halides和硼酸4.下列哪種光譜技術(shù)最適合用于檢測分子內(nèi)的氫鍵相互作用？A.紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）B.核磁共振波譜（NMR）C.紅外光譜（IR）D.熒光光譜（PL）5.在有機發(fā)光二極管（OLED）器件中，作為電子注入層的材料通常需要具備的性質(zhì)是？A.高空穴親和力，良好的電導(dǎo)率B.高電子親和力，良好的電導(dǎo)率C.高空穴親和力，良好的鈍化能力D.高電子親和力，良好的鈍化能力6.下列哪種方法通常不用于制備大面積、均勻的有機薄膜用于光電器件？A.真空蒸鍍B.溶劑旋涂C.等離子體增強原子層沉積（PEALD）D.刷涂7.有機材料的結(jié)晶度通常通過哪種技術(shù)進行表征？A.紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）B.X射線衍射（XRD）C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.核磁共振波譜（NMR）8.導(dǎo)致有機光電器件（如OLED）效率下降的“熱猝滅”現(xiàn)象主要與什么過程有關(guān)？A.激子復(fù)合B.載流子遷移C.能量轉(zhuǎn)移D.自由基的產(chǎn)生9.在設(shè)計具有特定發(fā)光顏色的有機半導(dǎo)體材料時，主要調(diào)控的參數(shù)是？A.分子的溶解度B.分子的分子量C.分子共軛體系的長度和結(jié)構(gòu)D.分子的熱穩(wěn)定性10.下列哪種是有機太陽能電池（OSC）中常見的空穴傳輸材料？A.P3HTB.PCBMC.CuPcD.PEDOT:PSS二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.有機光電器件中，通常用________來衡量材料的電致發(fā)光效率。2.在有機合成中，保護基團的使用是為了防止目標分子中特定官能團發(fā)生不期望的反應(yīng)，例如，氨基可以保護成________或________。3.熒光量子產(chǎn)率（Φf）定義為發(fā)光強度與吸收光子數(shù)之比，其值范圍為________至________。4.有機半導(dǎo)體材料通常分為________和________兩大類，其導(dǎo)電性隨溫度的變化趨勢不同。5.為了提高有機光伏器件的性能，常需要對活性層進行________，以優(yōu)化其形貌和能級結(jié)構(gòu)。6.紅外光譜（IR）主要用于鑒定分子中的________基團。7.在OLED器件結(jié)構(gòu)中，位于發(fā)光層（EML）和陽極（Anode）之間的是________層。8.影響有機材料激子解離能的關(guān)鍵因素包括激子結(jié)合能和________。9.通過________效應(yīng)，分子激發(fā)態(tài)的能量可以傳遞給其他分子。10.有機材料的電導(dǎo)率通常較低，主要因為其載流子濃度________且遷移率________。三、簡答題（每小題5分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.簡述影響有機半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶度的因素。2.簡述有機光致發(fā)光與電致發(fā)光的主要區(qū)別。3.簡述在有機合成中，保護基團（ProtectingGroup）的作用。4.簡述有機太陽能電池（OSC）中，電子給體（Donor）和電子受體（Acceptor）的功能及其相互作用對器件性能的影響。四、論述題（每小題10分，共30分。請將答案填寫在答題紙上。）1.論述分子結(jié)構(gòu)修飾對有機光電材料（如有機半導(dǎo)體或有機染料）的光學(xué)性能（如吸收光譜、熒光發(fā)射光譜）和電學(xué)性能（如電導(dǎo)率）的影響。2.論述真空蒸鍍和溶液法制備有機薄膜在工藝參數(shù)、薄膜特性（均勻性、厚度、形貌）以及適用材料范圍方面的主要區(qū)別。3.結(jié)合具體的有機光電材料實例，論述對其性能進行表征的重要性，并說明需要選擇哪些表征手段來全面評價其結(jié)構(gòu)、形貌和性能。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.D4.C5.B6.C7.B8.D9.C10.D二、填空題1.外量子效率(EQE)或內(nèi)量子效率(IQE)2.醛基；酮基3.0；14.p型；n型5.界面修飾或形貌調(diào)控6.官能7.鈍化(或ETL,電子傳輸層)8.載流子壽命9.F?rster(或偶極-偶極)10.低；小三、簡答題1.影響因素包括：分子本身的特性（如鏈長、柔順性、堆積能力）、溶劑/分散劑的選擇與去除、基底材料、成膜溫度、成膜時間、氣氛（氧氣、濕度）等。良好的溶劑調(diào)控和緩慢的溶劑揮發(fā)速率有利于形成高度有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。2.有機光致發(fā)光是分子吸收光能后處于激發(fā)態(tài)，通過輻射躍遷回基態(tài)時發(fā)射光子。電致發(fā)光是施加電場使載流子（電子和空穴）注入材料，在復(fù)合過程中能量以光子形式釋放。主要區(qū)別在于激發(fā)方式的物理機制不同（光能vs電能），以及發(fā)光效率可能受到不同因素（如器件結(jié)構(gòu)、熱猝滅）的影響。3.保護基團的作用是在有機合成中暫時屏蔽掉分子中某個官能團（如氨基、羥基、羧基）的反應(yīng)活性，使其不參與后續(xù)不期望的副反應(yīng)，待目標分子合成完成后再將保護基團脫去，恢復(fù)官能團的活性。這有助于實現(xiàn)多步合成路線中官能團的區(qū)域選擇性和步驟選擇性。4.在OSC中，電子給體（Donor）分子吸收光子產(chǎn)生激子，激子解離形成自由電子和空穴。電子給體通常具有較深的LUMO能級。電子受體（Acceptor）分子具有較淺的HOMO能級，可以接受來自給體的電子，同時其LUMO能級與給體HOMO能級匹配或接近，有利于電子傳輸?shù)绞荏w。給體和受體的協(xié)同作用（如形成激子、促進電荷分離和傳輸）是高效OSC器件工作的基礎(chǔ)。合適的能級匹配和優(yōu)化的給體-受體界面是提高器件性能的關(guān)鍵。四、論述題1.分子結(jié)構(gòu)修飾對有機光電材料性能的影響是多方面的。例如，延長共軛體系通常會導(dǎo)致吸收和發(fā)射波長紅移（增加色序），同時可能影響分子堆積和結(jié)晶度，進而影響電導(dǎo)率和載流子遷移率。引入給電子基團（如氰基、酯基）或吸電子基團（如烷氧基、三氟甲基）可以調(diào)節(jié)分子的能級（HOMO/LUMO），影響激子解離能、電荷傳輸能力以及與電極的接觸能級，從而調(diào)控發(fā)光顏色、效率和器件性能。引入支鏈或柔性的基團可以調(diào)節(jié)分子的溶解性、柔順性和結(jié)晶度，影響薄膜形態(tài)和光電性能。通過調(diào)控分子間相互作用，可以控制材料的相變溫度和薄膜的結(jié)晶度，進而影響其穩(wěn)定性和光電響應(yīng)。2.真空蒸鍍和溶液法制備有機薄膜的主要區(qū)別在于：①工藝環(huán)境：真空蒸鍍在高真空下進行，溶液法在常壓或惰性氣氛下進行。②成膜原理：真空蒸鍍是使固態(tài)材料在真空下直接升華并在基板上沉積成膜；溶液法是將有機材料溶解在溶劑中，通過旋涂、噴涂、浸涂等將溶液涂覆在基板上，隨后通過揮發(fā)去除溶劑得到薄膜。③薄膜特性：真空蒸鍍易于獲得厚度均勻、致密、針孔少的薄膜，且能精確控制薄膜厚度；溶液法成本較低、設(shè)備簡單，易于在柔性基板上成膜，但薄膜均勻性、致密性可能受溶劑揮發(fā)、干燥過程影響較大，可能存在殘留溶劑問題。④適用材料范圍：真空蒸鍍適用于幾乎所有的有機固體材料；溶液法主要適用于可溶于常見有機溶劑的有機材料。⑤工藝參數(shù)：真空蒸鍍主要調(diào)控蒸氣壓、溫度、基板溫度和沉積時間；溶液法主要調(diào)控溶液濃度、溶劑性質(zhì)、涂覆參數(shù)（速度、距離）和干燥條件。3.對有機光電材料進行表征至關(guān)重要，是理解其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、優(yōu)化材料設(shè)計和器件性能的基礎(chǔ)。需要選擇多種表征手段進行全面評價：*結(jié)構(gòu)表征：使用核磁共振（NMR）和紅外光譜（IR）確認分子結(jié)構(gòu)和官能團；使用紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）確定光學(xué)躍遷能級和共軛程度；使用X射線衍射（XRD）分析材料的結(jié)晶性、晶粒大小和堆砌結(jié)構(gòu)；使用掃描電子顯微鏡（SEM）或透射電子顯微鏡（TEM）觀察薄膜的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)。*性能表征：使用熒光光譜（PL）和光致發(fā)光光譜（PLE）