2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 有机光电材料的制备与性能研究

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——有机光电材料的制备与性能研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的代表字母填写在答题纸上。）1.下列哪种效应通常导致有机共轭分子的吸收波长红移？A.竞争效应B.共轭效应增强C.超共轭效应减弱D.分子内电荷转移2.在有机光伏器件（OSC）中，实现光生电子-空穴对分离的关键因素通常与什么有关？A.染料分子的对称性B.染料分子的HOMO-LUMO能级差C.染料分子在电极上的吸附强度D.染料分子的旋光性3.Suzuki偶联反应在有机光电材料合成中广泛应用，其典型底物是？A.醛类和酮类B.酸类和酯类C.碳烯和炔烃D.苯乙烯类芳基halides和硼酸4.下列哪种光谱技术最适合用于检测分子内的氢键相互作用？A.紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）B.核磁共振波谱（NMR）C.红外光谱（IR）D.荧光光谱（PL）5.在有机发光二极管（OLED）器件中，作为电子注入层的材料通常需要具备的性质是？A.高空穴亲和力，良好的电导率B.高电子亲和力，良好的电导率C.高空穴亲和力，良好的钝化能力D.高电子亲和力，良好的钝化能力6.下列哪种方法通常不用于制备大面积、均匀的有机薄膜用于光电器件？A.真空蒸镀B.溶剂旋涂C.等离子体增强原子层沉积（PEALD）D.刷涂7.有机材料的结晶度通常通过哪种技术进行表征？A.紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）B.X射线衍射（XRD）C.扫描电子显微镜（SEM）D.核磁共振波谱（NMR）8.导致有机光电器件（如OLED）效率下降的“热猝灭”现象主要与什么过程有关？A.激子复合B.载流子迁移C.能量转移D.自由基的产生9.在设计具有特定发光颜色的有机半导体材料时，主要调控的参数是？A.分子的溶解度B.分子的分子量C.分子共轭体系的长度和结构D.分子的热稳定性10.下列哪种是有机太阳能电池（OSC）中常见的空穴传输材料？A.P3HTB.PCBMC.CuPcD.PEDOT:PSS二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在答题纸上。）1.有机光电器件中，通常用________来衡量材料的电致发光效率。2.在有机合成中，保护基团的使用是为了防止目标分子中特定官能团发生不期望的反应，例如，氨基可以保护成________或________。3.荧光量子产率（Φf）定义为发光强度与吸收光子数之比，其值范围为________至________。4.有机半导体材料通常分为________和________两大类，其导电性随温度的变化趋势不同。5.为了提高有机光伏器件的性能，常需要对活性层进行________，以优化其形貌和能级结构。6.红外光谱（IR）主要用于鉴定分子中的________基团。7.在OLED器件结构中，位于发光层（EML）和阳极（Anode）之间的是________层。8.影响有机材料激子解离能的关键因素包括激子结合能和________。9.通过________效应，分子激发态的能量可以传递给其他分子。10.有机材料的电导率通常较低，主要因为其载流子浓度________且迁移率________。三、简答题（每小题5分，共20分。请将答案填写在答题纸上。）1.简述影响有机半导体薄膜结晶度的因素。2.简述有机光致发光与电致发光的主要区别。3.简述在有机合成中，保护基团（ProtectingGroup）的作用。4.简述有机太阳能电池（OSC）中，电子给体（Donor）和电子受体（Acceptor）的功能及其相互作用对器件性能的影响。四、论述题（每小题10分，共30分。请将答案填写在答题纸上。）1.论述分子结构修饰对有机光电材料（如有机半导体或有机染料）的光学性能（如吸收光谱、荧光发射光谱）和电学性能（如电导率）的影响。2.论述真空蒸镀和溶液法制备有机薄膜在工艺参数、薄膜特性（均匀性、厚度、形貌）以及适用材料范围方面的主要区别。3.结合具体的有机光电材料实例，论述对其性能进行表征的重要性，并说明需要选择哪些表征手段来全面评价其结构、形貌和性能。试卷答案一、选择题1.B2.B3.D4.C5.B6.C7.B8.D9.C10.D二、填空题1.外量子效率(EQE)或内量子效率(IQE)2.醛基；酮基3.0；14.p型；n型5.界面修饰或形貌调控6.官能7.钝化(或ETL,电子传输层)8.载流子寿命9.Förster(或偶极-偶极)10.低；小三、简答题1.影响因素包括：分子本身的特性（如链长、柔顺性、堆积能力）、溶剂/分散剂的选择与去除、基底材料、成膜温度、成膜时间、气氛（氧气、湿度）等。良好的溶剂调控和缓慢的溶剂挥发速率有利于形成高度有序的结晶结构。2.有机光致发光是分子吸收光能后处于激发态，通过辐射跃迁回基态时发射光子。电致发光是施加电场使载流子（电子和空穴）注入材料，在复合过程中能量以光子形式释放。主要区别在于激发方式的物理机制不同（光能vs电能），以及发光效率可能受到不同因素（如器件结构、热猝灭）的影响。3.保护基团的作用是在有机合成中暂时屏蔽掉分子中某个官能团（如氨基、羟基、羧基）的反应活性，使其不参与后续不期望的副反应，待目标分子合成完成后再将保护基团脱去，恢复官能团的活性。这有助于实现多步合成路线中官能团的区域选择性和步骤选择性。4.在OSC中，电子给体（Donor）分子吸收光子产生激子，激子解离形成自由电子和空穴。电子给体通常具有较深的LUMO能级。电子受体（Acceptor）分子具有较浅的HOMO能级，可以接受来自给体的电子，同时其LUMO能级与给体HOMO能级匹配或接近，有利于电子传输到受体。给体和受体的协同作用（如形成激子、促进电荷分离和传输）是高效OSC器件工作的基础。合适的能级匹配和优化的给体-受体界面是提高器件性能的关键。四、论述题1.分子结构修饰对有机光电材料性能的影响是多方面的。例如，延长共轭体系通常会导致吸收和发射波长红移（增加色序），同时可能影响分子堆积和结晶度，进而影响电导率和载流子迁移率。引入给电子基团（如氰基、酯基）或吸电子基团（如烷氧基、三氟甲基）可以调节分子的能级（HOMO/LUMO），影响激子解离能、电荷传输能力以及与电极的接触能级，从而调控发光颜色、效率和器件性能。引入支链或柔性的基团可以调节分子的溶解性、柔顺性和结晶度，影响薄膜形态和光电性能。通过调控分子间相互作用，可以控制材料的相变温度和薄膜的结晶度，进而影响其稳定性和光电响应。2.真空蒸镀和溶液法制备有机薄膜的主要区别在于：①工艺环境：真空蒸镀在高真空下进行，溶液法在常压或惰性气氛下进行。②成膜原理：真空蒸镀是使固态材料在真空下直接升华并在基板上沉积成膜；溶液法是将有机材料溶解在溶剂中，通过旋涂、喷涂、浸涂等将溶液涂覆在基板上，随后通过挥发去除溶剂得到薄膜。③薄膜特性：真空蒸镀易于获得厚度均匀、致密、针孔少的薄膜，且能精确控制薄膜厚度；溶液法成本较低、设备简单，易于在柔性基板上成膜，但薄膜均匀性、致密性可能受溶剂挥发、干燥过程影响较大，可能存在残留溶剂问题。④适用材料范围：真空蒸镀适用于几乎所有的有机固体材料；溶液法主要适用于可溶于常见有机溶剂的有机材料。⑤工艺参数：真空蒸镀主要调控蒸气压、温度、基板温度和沉积时间；溶液法主要调控溶液浓度、溶剂性质、涂覆参数（速度、距离）和干燥条件。3.对有机光电材料进行表征至关重要，是理解其结构与性能关系、优化材料设计和器件性能的基础。需要选择多种表征手段进行全面评价：*结构表征：使用核磁共振（NMR）和红外光谱（IR）确认分子结构和官能团；使用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）确定光学跃迁能级和共轭程度；使用X射线衍射（XRD）分析材料的结晶性、晶粒大小和堆砌结构；使用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）观察薄膜的表面形貌和微观结构。*性能表征：使用荧光光谱（PL）和光致发光光谱（PLE）