Aparatura pro výzkum aplikace fenacenů v oblasti organických fotovoltaických článků
Projekt programu Účinná přeměna a skladování energie Strategie AV21 pro rok 2017
Odpovědný řešitel: Ing. Jan Sýkora, Ph.D., Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.
Fenaceny jsou látky, které lze použít jak v klasických organických fotovolatických článcích využívajících polovodivých vlastností fenacenů, tak i v barvivem senzitizovaných solárních článcích (DSSC), kde fenaceny fungují jako ligandy přechodných kovů v barvivech a určují tak základní vlastnosti těchto článků. Oba druhy těchto fotovolatických článků fungují na jiném principu a nacházejí různá uplatnění. Nové směry výzkumu fenacenů se zaměřují na oblast elektronově polarizovaných molekul, které mohou sloužit jako klíčové komponenty pro organické fotovoltaické články, tedy při přeměně světelné energie na elektrickou.
Vícestupňová syntéza nových polykondenzovaných látek na bázi fenacenů vyžaduje množství základních stavebních bloků. Jako variabilní stavební bloky pro syntézu nových derivátů fenacenů se osvědčily substituované fenantreny, které lze snadno připravit z komerčně dostupných výchozích látek. Finálním krokem jejich přípravy je fotocyklizační reakce, která je ale za použití běžně dostupných pyrexových reaktorů pomalá nebo vůbec neprobíhá. Fotocyklizací několika různě substituovaných stilbenových derivátů na příslušné fenantreny jsme experimentálně ověřili, že je potřeba kratších vlnových délek použitého záření. Tyto vlnové délky jsou ale aktivně filtrovány pyrexovým sklem, které propouští záření s vlnovou délkou >290 nm a dochází tak k výraznému zpomalení nebo úplnému zastavení fotoreakce. To lze řešit použitím křemenného skla (reaktorů a reakčních nádob) s propustností již nad 180 nm.
V roce 2017 byla pro fotocyklizační reakce poskytující fenaceny zhotovena křemenná fotochemická aparatura. Tato aparatura byla posléze použita při přípravě řady látek, mimo jiné i [5]fenacenu se dvěma atomy dusíku, tzv. diazapicenu. Tato sloučenina byla následně využita k exfoliaci grafenu [1].
Vzniklá práce popisuje syntézu N,N’-didodecyl substituovaného 3,10-diazapicenium bromidu a hexafluorfosfátu, derivátů diaza[5]fenacenu, které byly použity jako nové p-dopanty při přípravě hybridních materiálů pro získávání exfoliovaných grafénových listů. Jednoznačně byla prokázána přítomnost vícevrstvých turbostratických grafénových šupin s modifikovanými elektronickými vlastnostmi, a to ustálenými i časově rozloženými spektroskopickými (Raman) a mikroskopickými (AFM, TEM) technikami.
Výsledků bylo dosaženo ve spolupráci s Friedrich-Alexander-University of Erlangen-Nürnberg, Německo a byla také navázána spolupráce se společností Lach-Ner s možností další spolupráce na komercializaci výsledků a vyrobených látek.
Získávání exfoliovaných grafénových listů[1] Roth A., Schaub T.A., Meinhardt U., Thiel D., Storch J., Církva V., Jakubík P., Guldi D.M., Kivala M.: p-Doping of Graphene in Hybrid Materials with 3,10-Diazapicenium Dications. Chem.Sci. 8(5), 3494-3499 (2017).
