出版日期：2018-11

作者：陈义旺、李东平  主编

版次：1版 1次

开本：16开

读者对象：

化学或材料专业的高年级本科生、研究生及科研工作者。

前言：

"材料科学是一门研究材料的结构、性质、生产、应用以及它们之间的相互关系，集物理、化学、电子等学科于一体的科学，材料科学与工程技术和工业应用密不可分。进入新世纪的十多年，材料科学蓬勃发展，出现了多个分支。功能材料作为当前化学及材料研究领域中的一个重要分支，涉及理、工、医等各个领域，是发展非常迅速的交叉学科。目前，在化学及材料专业的本科及研究生培养中都开设了有关材料方面的专业课程，使用的主要教材包括《功能高分子材料》《功能材料》及《现代功能材料》等，内容偏重于高分子材料和纳米材料。

功能分子材料作为当前功能材料研究的重要方向，其材料的合成组装、功能调控开发和相关应用研究是当前国际上的研究热点，涵括了功能高分子材料、生物材料、无机材料等多方面的领域，偏重基于分子的功能性材料的发展，但介绍分子基功能材料的教程只有游效曾先生所著的《分子材料——光电功能配合物》一本著作。因此，编著一本既兼备基础知识，又突出介绍学科前沿发展，使读者能了解和熟悉功能材料的前沿领域，了解它们的应用范围、作用机理、设计的基本原则的研究生教材是本书编写的宗旨所在。期望教材能够帮助读者对当前功能分子材料领域的发展脉络及最新研究进展获得一个相对清晰的认识，了解分子材料的合成及设计策略、方法及应用，培养创新思维及能力，有益于研究生独立科研工作能力的培养。同时期望教材能扩展研究生视野、传播学科领域的知识，有助于化学、化工、材料等专业研究生教学质量的提高和相关专业领域产业和科学研究的进步。本书也可以供相关领域的专业人员交流学习参考。

教材共分12章，主要内容涵盖了有机太阳能电池、场效应晶体管、电致发光、非线性光学、聚集诱导荧光、铁电、导电、有机半导体、磁性、多孔、催化等各分支领域的功能分子材料，以功能为导向的分子基材料的设计策略、合成方法、应用前景及发展脉络、前沿及展望为主题框架，涵括基础，突出前沿与发展，理论联系实际，以典型的实例来揭示相关研究领域的进展。

本教材是由不同研究领域老师结合学科发展、研究经历及国内外资料编写而成。参与编写工作的有陈义旺（第1章）、袁凯（第2章）、袁忠义（第3章和第9章）、熊涛（第4章）、魏振宏和蔡琥（第5章）、张小勇（第6章）、谢永发（第7章）、张有地（第8章）、李东平（第10章）、陈超（第11章）、付拯江和蔡琥（第12章）。

在教材的编写过程中，得到了有关部门和一些关心教材编写的老师以及化学工业出版社编辑的热情帮助和大力支持，在此一并表示衷心感谢。

鉴于编者学识有限，书中遗漏和不足之处在所难免，恳请广大同仁和读者批评指正。

陈义旺      

2018年7月

目录：

第1章  绪论 / 1

1.1  材料的分类及特点1

1.1.1  材料的分类1

1.1.2  材料的特点1

1.2  功能分子材料2

1.2.1  功能分子材料的定义2

1.2.2  功能分子材料的特点2

1.2.3  功能分子材料的发展趋势3

1.3  展望6

参考文献7

第2章  有机太阳能电池材料 / 8

2.1  概述8

2.1.1  有机太阳能电池发展背景8

2.1.2  有机太阳能电池发展历史9

2.1.3  本体异质结有机太阳能电池11

2.1.4  界面缓冲层及器件结构12

2.1.5  太阳能电池的器件参数13

2.1.6  活性层材料的设计规则14

2.2  有机太阳能电池活性层材料15

2.2.1  聚合物给体材料15

2.2.2  小分子给体材料17

2.2.3  聚合物受体材料23

2.2.4  小分子受体材料26

2.3  染料敏化太阳能电池30

2.3.1  染料敏化太阳能电池的发展30

2.3.2  染料敏化太阳能电池的工作原理31

2.3.3  染料敏化太阳能电池的研究进展31

2.3.4  染料敏化太阳能电池光阳极33

2.3.5  染料敏化太阳能电池中的电解质33

2.4  有机无机杂化太阳能电池34

2.4.1  有机无机杂化太阳能的概述34

2.4.2  杂化电池的原理和结构34

2.4.3  杂化电池的发展史36

2.4.4  给体材料的发展和选择36

2.4.5  无机半导体材料的选择和发展38

2.5  钙钛矿太阳能电池41

2.5.1  钙钛矿太阳能电池的发展41

2.5.2  钙钛矿薄膜的形貌调控43

2.5.3  太阳能电池中钙钛矿光吸收层的结构设计44

2.5.4  发展基于钙钛矿的光吸收层45

2.5.5  带隙调控46

参考文献53

第3章  有机场效应晶体管材料 / 58

3.1  概述58

3.1.1  有机场效应晶体管器件58

3.1.2  有机场效应晶体管材料61

3.2  小分子空穴传输材料61

3.2.1  并苯类61

3.2.2  联苯和芴类63

3.2.3  并噻吩类64

3.2.4  含O或S原子的稠环类66

3.2.5  低聚噻吩类67

3.2.6  酞菁和卟啉类70

3.2.7  氮杂并苯类71

3.3  小分子电子传输材料72

3.3.1  卤素原子修饰类73

3.3.2  强吸电子基团修饰类74

3.3.3  酰亚胺类77

3.3.4  富勒烯类79

3.4  聚合物空穴传输材料80

3.4.1  聚噻吩类80

3.4.2  聚并噻吩类81

3.4.3  聚吡咯并吡咯二酮类82

3.4.4  聚异靛蓝类83

3.5  聚合物电子传输材料84

参考文献85

第4章  有机电致发光材料 / 88

4.1  概述88

4.1.1  OLED器件结构88

4.1.2  OLED制备工艺89

4.1.3  OLED性能指标89

4.1.4  OLED发光材料分类90

4.2  蓝光材料91

4.2.1  小分子蓝光材料91

4.2.2  枝状蓝光材料104

4.2.3  聚合物蓝光材料106

4.3  绿光材料107

4.3.1  荧光型绿光材料108

4.3.2  磷光型绿光材料111

4.4  红光材料111

4.4.1  荧光型红光材料111

4.4.2  磷光型红光材料114

4.5  白光材料115

4.5.1  小分子型白光材料115

4.5.2  聚合物型白光材料117

4.6  其他119

4.6.1  热活化延迟荧光119

4.6.2  材料合成119

4.6.3  材料理论计算121

4.7  结语121

参考文献123

第5章  非线性光学分子材料 / 126

5.1  非线性光学基础126

5.1.1  非线性光学简介126

5.1.2  非线性光学基本概念126

5.1.3  非线性光学原理127

5.1.4  非线性光学发展进程128

5.2  非线性光学分类129

5.2.1  按光学性能分类129

5.2.2  按材料类型分类129

5.3  应用与展望144

参考文献145

第6章  聚集诱导荧光材料 / 147

6.1  概述147

6.2  基于AIE染料纳米探针的设计方案148

6.2.1  聚集诱导发光分子和两亲性高分子的自组装148

6.2.2  共价结合聚集诱导发光染料和高分子149

6.2.3  乳液聚合151

6.2.4  可逆加成断裂链转移聚合152

6.2.5  开环易位聚合154

6.2.6  开环反应155

6.2.7  溶胶-凝胶封装法157

6.3  生物医学应用158

6.3.1  生物成像158

6.3.2  生物传感器162

6.3.3  诊疗163

6.4  基于聚集诱导发光分子的传感检测166

6.4.1  检测带电生物分子167

6.4.2  核酸酶活性测定和抑制剂的筛选169

6.4.3  选择性ATP检测和相关磷酸酶测定171

6.4.4  乙酰胆碱酯酶活性测定和抑制剂的筛选172

6.4.5  特定阴离子和金属阳离子的选择性测定173

6.4.6  挥发性和爆炸性有机化合物的检测176

6.5  结论和展望176

参考文献177

第7章  铁电功能材料 / 180

7.1  铁电材料的历史180

7.2  铁电材料基础181

7.2.1  铁电材料的表征181

7.2.2  极化和铁电畴183

7.3  铁电材料的分类及研究进展184

7.3.1  有机-无机杂化铁电材料184

7.3.2  有机铁电材料219

7.3.3  液晶铁电材料226

7.4  铁电材料的发展前景229

参考文献230

第8章  导电高分子材料 / 236

8.1  概述236

8.2  本征型导电高分子材料237

8.2.1  本征型导电高分子材料概述237

8.2.2  本征型导电高分子材料的导电机理238

8.2.3  本征型导电高分子的制备239

8.2.4  离子型导电聚合物的制备241

8.3  主要结构型导电高分子242

8.3.1  主要结构型导电高分子的种类242

8.3.2  本征型导电高分子材料的应用243

8.4  复合型导电分子材料252

8.4.1  复合型导电高分子材料的分类252

8.4.2  复合型导电高分子材料的导电理论255

8.4.3  影响复合型导电高分子材料导电性能的因素257

8.4.4  复合型导电高分子材料的应用257

参考文献263

第9章  梯形共轭聚合物类有机半导体 / 266

9.1  概述266

9.2  典型的梯形共轭聚合物BBL和LPPP267

9.2.1  聚苯并咪唑萘酰亚胺267

9.2.2  梯形聚苯268

9.3  聚并苯类梯形聚合物269

9.4  梯形共轭聚合物的构建方法273

9.4.1  Suzuki反应的构建273

9.4.2  Yamamoto反应的构建275

9.4.3  Diels-Alder反应的构建275

9.5  聚染料类梯形聚合物276

9.5.1  聚苝酰亚胺类梯形聚合物276

9.5.2  梯形共轭聚卟啉281

参考文献283

第10章  分子基磁性材料 / 285

10.1  概述286

10.2  磁性的分类287

10.2.1  抗磁性287

10.2.2  顺磁性288

10.2.3  Van Vleck方程和磁耦合288

10.2.4  铁磁性291

10.2.5  反铁磁性292

10.2.6  亚铁磁性292

10.2.7  倾斜弱铁磁性293

10.2.8  介磁性293

10.3  单分子磁体294

10.3.1  过渡金属单分子磁体296

10.3.2  3d-4f单分子磁体301

10.3.3  稀土金属单分子磁体304

10.3.4  单离子磁体313

10.4  单链磁体323

10.5  自旋玻璃325

10.6  自旋交叉材料325

10.7  高Tc材料329

10.8  磁制冷材料329

10.9  多功能磁性材料333

10.9.1  手性磁体333

10.9.2  导电磁体335

10.9.3  光诱导磁体339

10.9.4  多铁材料341

参考文献344

第11章  多孔有机功能材料 / 351

11.1  概述351

11.2  金属-有机框架材料351

11.2.1  MOFs的特点及性质351

11.2.2  MOFs的构筑策略及设计合成353

11.2.3  MOFs材料的应用354

11.3  共价有机框架材料358

11.3.1  COFs材料的特点及性质358

11.3.2  COFs的构建策略与设计合成362

11.3.3  COFs的应用开发364

11.4  共轭微孔聚合物367

11.4.1  CMPs的结构特点367

11.4.2  CMPs的设计合成及应用368

11.5  多孔芳香骨架材料370

11.5.1  PAFs的性质特点370

11.5.2  PAFs的合成及应用370

11.6  展望371

参考文献371

第12章  分子催化材料 / 373

12.1  概述373

12.2  过渡金属化合物作分子催化材料374

12.2.1  d区元素化合物作分子催化材料374

12.2.2  ds区元素化合物作分子催化材料387

12.2.3  主族金属元素化合物作分子催化材料390

12.3  有机酸碱化合物作分子催化材料392

12.3.1  有机酸化合物作分子催化材料392

12.3.2  有机碱化合物作分子催化材料395

12.4  分子催化材料的未来与展望397

参考文献398