聚对苯撑乙烯 （PPV）
聚对苯（PPP）
聚芴（PF）
R1
R2
常见的共轭聚合物的分子链结构
聚乙炔的链结构
反式聚乙炔的链结构和结构缺陷
(a) (b) (c) (d)
基态简并共轭链 孤子结构缺陷 极化子结构缺陷
聚苯胺的主链结构
H N H N
x
N
N
1-x n
x = 1时为全还原态（leucoemeraldine，PAn-I） x = 0.5时为半氧化态（emeraldine, PAn-II）、碱式聚苯胺（emeraldine base, EB） x = 0时为全氧化态（pernigraniline, PAn-III）。
碱式聚苯胺（EB）的质子酸掺杂
H N H N N N
-2HCl
+2HCl
Cl -
H N
+
H N
Cl -
H+ N
H N
聚吡咯的两种掺杂结构
A
-
AH N
(
H N
+ N H
)n
(
H N
H2 + N H
H N
)n
载流子与相关的结构缺陷
孤子（Soliton），用S表示。这是基态简并的反式聚乙炔所 特有的一种结构缺陷，这种孤子是离域在很长的共轭链段上， 并且其在共轭链上可自由迁移。孤子的自旋为1/2 中性孤子被氧化失去电子形成电荷载流子正孤子S+，被还原 得到电子形成电荷载流子负孤子S-。正孤子和负孤子则没有 自旋（自旋为0）。
扩展到包括本征态共轭聚合物。
电子聚合物 Electronic polymers
指具有光电性能的共轭聚合物，包括掺杂态导电聚 合物和具有半导体特性的本征态共轭聚合物（主要 是发光聚合物和用于聚合物太阳能电池的共轭聚合
物）。
主要参考文献
• R. Farchioni, G. Grosso (Eds), “Organic Electronic Materials, Conjugated Polymers and Low Molecular Weight Organic Solids”, Springer, Nerlin, 2001.
•
•
Yongfang Li，Jianhui Hou, “Major classes of conjugated polymers and synthetic strategies”, Chapter 6 in “Introduction to Organic Electronic and Optoelectronic Materials and Devices” (Eds. Sun & Dalton) CRC Press, Taylor & Francis Group, New York, 2008, pp. 173-209.
•
•
“Handbook of Conducting Polymers”, 2nd edition, Marcel Dekker, New York, 1998.
裴启兵，杨阳，李永舫，“共轭聚合物及其电致发光器件”，《海外高分 子科学的新进展》（何天白、胡汉杰编）第九章，化学工业出版社，北京， 1997 李永舫，“导电聚合物及其应用－－从2000年诺贝尔化学奖谈起”，《著 名专家学者北师大演讲集》（姜璐、杨正芳编），人民出版社，北京， 2002年，pp.233-244.
S S S
S
(a)
S S
S S
(b)
聚噻吩中的主链结构：（a） 共轭链； （b）醌式结构； （c）极化子结构缺陷
S S
S S
(c)
共轭链可以直接被氧化失去一个电子而成为正极化子P+、或 被还原得到一个电子而成为负极化子P-。极化子的产生使共 轭高分子的禁带中出现两个新的极化子能级，正极化子和负 极化子都带自旋1/2。
白川英树 Haideki Shirakawa
导电聚合物的结构
聚乙炔（PA）
H N N H H N
Polyacethylene
Polypyrrole Polythiophene
聚吡咯（PPy）
S S
S
聚噻吩(PTh)
H N
H N
聚苯胺(PAn)
Polyaniline
Poly(p-phenylene vinylene) Poly(p-phenylene) Polyfluorene
1988.8.博士后出站后留化学所工作，1993年晋升研究员，1996年被评为 博士生导师。
1988.10.-1991.4. 日本分子科学研究所井口洋夫教授实验室 访问学者。
1997.6.－1998.6. 美国UCSB Alan J. Heeger教授实验室访问学者。
主要研究方向 ：
（1）聚合物太阳能电池光伏材料和器件；
一、导电聚合物的结构和性质
• 绪论
• 导电聚合物的结构
• 电导特性
• 光谱特性
• 可溶性
导电聚合物的发现和发展历史
•1977年白川英树、MacDiarmid, Heeger等发现导电聚乙炔，开创了导电聚合 物的研究领域。[H. Hirakawa, et al., J. Chem. Soc., Chem. Comm. (1977) 579] •70年代末、80年代初，聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等一系列导电聚合物相继发 现，掀起研究热潮。 •1990年英国剑桥大学发现PPV的电致发光现象和聚合物发光二极管（LED）， 激起广泛兴趣。[J.H. Burroughes, et al., Nature, 347(1990) 539] •1991年，UCSB使用可溶性PPV衍生物制备出PLED,并大大提高了PLED的发光量 子效率,促进了PLED的实用化研究. •1992年UNIAX公司制备出可溶性导电聚合物, 解决了导电聚合物的加工性难 题, 为导电聚合物的大规模应用铺平了道路. •1995年UCSB和UNIAX公司报道了聚合物／C60本体异质结光伏电池，开辟了共 轭聚合物太阳能电池的研究方向。
（2） 电化学掺杂
电化学掺杂是通过电化学反应实现导电聚合物的掺杂。许多 共轭聚合物在高电位区可发生电化学p-型掺杂/脱掺杂（氧 化/再还原）过程，在低电位区又可发生电化学n-型掺杂/脱 掺杂（还原/再氧化）过程。 发生电化学p-型掺杂反应时, 共轭链被氧化其价带失去电子 并伴随对阴离子的掺杂： CP - e- + A- === CP+(A-) （3） 其中CP+(A-)代表主链被氧化对阴离子A- 掺杂的导电聚合物。 发生电化学n-型掺杂反应时, 共轭链被还原其导带得到电子 并伴随对阳离子的掺杂： CP + e- + M+ === CP- (M+) （4）
---from Oct. 23, 1995, C&EN, p.69.
2000年Nobel化学奖
“rewarded for the discovery and development of
electrically conductive polymers”
Alan J. Heeger
A.G. MacDiarmid
（2）聚合物发光二极管材料和器件； （3）导电聚合物电化学。
著作和发表论文情况：
与吴浩青院士合著《电化学动力学》、译著《元素手册》、另在8部 书中写有部分章节。发表研究论文300多篇，发表论文被他人引用 3600多次。
主要获奖情况：
（1）“锂电池电极反应机理－电化学嵌入反应的研究”获1987年度 国家教委科技进步二等奖（主要完成人：吴浩青、李永舫） （2）“导电聚吡咯的研究”获1993年度中科院自然科学一等奖和 1995年度国家自然科学二等奖（主要完成人：钱人元、李永舫等） （3） “导电聚合物电化学和聚合物发光电化学池的研究”获2005 年度北京市科学技术奖一等奖。 （主要完成人：李永舫、钱人元等）
√
14 3
21 28 4 √ 3
2 4
课 时
考 试
3
3
老 师
内容
王身国
生物医用高分子
李永舫
导电聚合物
众老师
学生 文献报告
耐热性高分子材料
由于减少了一个教学内容， 所以 三个教学内容的考试分数和“文献总结”的分数
改成
各为
25分
“导电高分子”文献总结：
题目：共轭聚合物光伏材料研究进展
要求：MS Word文件，电子版文件发送到我的邮箱： liyf@
授课内容：
•导电聚合物的结构和性质 •导电聚合物电化学（电化学聚合物、电化学性质和电化学应用）
•共轭聚合物光电子材料和器件（聚合物电致发光器件、聚合物
太阳能电池光伏材料和器件等）
导电聚合物（导电高分子） Conducting polymers, Conductive polymers
指氧化或还原后具有导电性的共轭聚合物，有时也
（1） 化学掺杂
最初发现导电聚乙炔就是通过化学掺杂实现的。 p-型掺杂 CP + (3/2) I2 ――― CP+(I3-) (1) 其中CP代表共轭聚合物。 n-型掺杂 CP + Na+(C10H8)- ――― CP-(Na+) + C10H8 (2)
聚苯胺的质子酸掺杂也是化学掺杂的一种。碱式聚苯胺共轭 链上的N原子与质子酸中的质子相结合，并使质子上的正 电荷离域到聚苯胺的共轭链上形成p-型掺杂的聚苯胺链， 同时质子酸中的阴离子成为对阴离子。聚苯胺的这种质子 酸掺杂特性为制备导电聚苯胺以及可溶性导电聚苯胺提供 了方便。
导电聚合物的突出优点：
它不仅具有金属和无机半导体的电和光的性质，而且具
有有机聚合物的力学性能（柔韧性）和可加工性。
“Conducting polymers are remarkable in that they combine the electrical and optical properties of metals and inorganic semiconductors with the mechanical properties and processing advantages of organic polymers.”