图书目录

Contents

Chapter 1Research Background and Prospects of Porphyrin/

Phthalocyanine Optoelectronic Semiconductors

1.1Introduction to Porphyrin and Phthalocyanine Materials

1.2Unique Optoelectronic Properties of Porphyrin and 

Phthalocyanine Materials

1.3Development History of Porphyrin/Phthalocyanine

1.4Market Demand and Technical Bottlenecks in Optoelectronic 

Semiconductors

1.5The Technological Background of the Post-Moore Era

1.6Future Potential of Porphyrin/Phthalocyanine Materials in 

Optoelectronic Applications

1.7References

Chapter 2Structure and Properties of Porphyrin/Phthalocyanine 

Molecules

2.1Introduction

2.2Modification of Porphyrin Materials

2.2.1¦Â-Position Modification of Porphyrins

2.2.2Meso-Position Modification of Porphyrins

2.2.3Peripheral Modification of Phthalocyanines

2.2.4Non-Peripheral Modification of Phthalocyanines

2.3Central Metal Modification on Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

2.3.1Metal-Centered Tuning of Porphyrin and 

Phthalocyanine Properties

2.3.2Tuning Porphyrin and Phthalocyanine Properties 

via Metal Oxidation States

2.4Aggregation of Porphyrin and Phthalocyanine Materials

2.4.1Light Absorption and Electronic Structure

2.4.2Charge Transport Properties

2.4.3Catalytic Activity

2.4.4Fluorescence and Photoluminescence

2.4.5Conclusion: Tuning Aggregation for Optimized 

Performance

2.5Properties Regulation Through Extended Conjugation in 

Phthalocyanines

2.6Properties Regulation Through Fused-Ring Systems

2.7Properties Regulation Through Symmetry

2.7.1Chiral Control and Optimization of Phthalocyanine

2.7.2Macroscopic Crystal Structures of Porphyrin/

Phthalocyanine

2.8References

Chapter 3Synthesis Methods of Porphyrin/Phthalocyanine Materials

3.1Introduction

3.2The Synthesis Method of Porphyrin Molecules

3.2.1Classical Method

3.2.2Modular Method

3.2.3Other Synthesis Methods

3.2.4Porphyrin Substituent Modification

3.2.5Metal Insertion

3.3The Synthesis Method of Phthalocyanine Molecules

3.3.1Synthesis of Symmetric Phthalocyanines

3.3.2Metal-Free and Metal Phthalocyanine

3.3.3Synthesis of Asymmetrical Phthalocyanines

3.3.4Solid-Phase and Liquid-Phase Synthesis of 

Phthalocyanines

3.3.5Synthesis of Substituted Phthalocyanine 

Complexes

3.3.6Synthesis of Polymeric Metal Phthalocyanines

3.4Synthesis of Sandwich-Type Metal Phthalocyanine and 

Porphyrin Complexes

3.4.1Preparation of Symmetrical Sandwich-Type Metal 

Phthalocyanine Complexes

3.4.2Synthesis of Asymmetric Sandwich-Type Metal 

Phthalocyanine Complexes

3.4.3Synthesis of Symmetric Sandwich-Type Metal 

Porphyrin Complexes

3.4.4Synthesis of Asymmetric Sandwich-Type Metal 

Porphyrin Complexes

3.4.5Synthesis of Sandwich-Type Mixed Porphyrin and 

Phthalocyanine Metal Complexes

3.5Synthesis of Metalloporphyrin-Phthalocyanine Hybrids

3.6References

Chapter 4Theoretical Methods and Simulations of Porphyrin/

Phthalocyanine Based Photoelectric Materials

4.1Introduction

4.2Density Functional Theory

4.2.1Theoretical Background of Density Functional 

Theory

4.2.2Applications of DFT in Porphyrinª²Phthalocyanine 

Photoelectric Materials

4.2.3Combination and Synergistic Effects of DFT and 

Experiment

4.3Time-Dependent Density Functional Theory

4.3.1Theoretical Background of TD-DFT

4.3.2Application and Analysis of TD-DFT in Porphyrin-

Phthalocyanine Photoelectric Materials

4.4Molecular Dynamics Simulation Methods

4.4.1Principles of Classical Molecular Dynamics

4.4.2Principles of Ab-Initio Molecular Dynamics

4.4.3Application and Analysis of MD in Porphyrin-

Phthalocyanine Materials

4.5Artificial Intelligence Predictions Fundamental Theory

4.5.1Machine Learning Algorithms

4.6Applications of Intelligent Simulations in Material Design

4.6.1Overview of Intelligent Simulation Technology

4.6.2Multi-Method Analysis of Intelligent Simulation 

Technology in Material Design

4.6.3Intelligent Simulation and Experimental Co-Design

4.7Typical Case Studies and Latest Advances  in Computational 

Research on Porphyrin-Phthalocyanine Materials

4.8References

Chapter 5Optical Properties of Porphyrin/Phthalocyanine Materials

5.1Introduction

5.2Electronic Structure of Porphyrin and Phthalocyanine 

Molecules

5.2.1¦Ð-Conjugated System and Electronic Properties

5.2.2Regulation of Electronic Structure by Metal 

Coordination

5.2.3Substituent Effects and Self-assembly Behavior

5.2.4Charge Transfer and Photoinduced Behavior

5.2.5The Combination of Theory and Experiment: 

Understanding Electronic Structure

5.2.6Comparison of Porphyrin and Phthalocyanine

5.3Absorption Spectrum of Porphyrin Phthalocyanine 

Molecules

5.3.1Absorption Spectrum Characteristics and Molecular 

Arrangement

5.3.2Interface Effects in Absorption Spectra

5.3.3Absorption Spectrum in Langmuir-Blodgett films

5.4Fluorescence Properties

5.4.1Metal Centers on Fluorescence Properties

5.4.2Fluorescence Characteristics Regulation by 

Substituents

5.4.3Self-Assembly Effects on Fluorescence Properties

5.4.4Fluorescence Performance Regulation Though 

Structure

5.4.5Free Radical Fluorescence Quenching

5.5Photodynamic of Porphyrin/Phthalocyanine

5.5.1The Basic Mechanism of Photodynamic Therapy

5.5.2The Relationship Between the Structure of 

Photosensitizers and Their Photodynamic 

Properties

5.5.3Applications of Porphyrin and Phthalocyanine in 

Photodynamic

5.5.4Outlook of Photodynamic Properties

5.6Nonlinear Optical Properties of Porphyrin Phthalocyanine

5.6.1Multiphoton Absorption Properties

5.6.2Optical Limiting Effect

5.6.3Thirdª²Order Nonlinear Optical Effects

5.6.4Optical Nonlinear Applications of Porphyrin/

Phthalocyanine

5.7Conclusion

5.8References

Chapter 6Applications of Porphyrin/Phthalocyanine Photosensitizers 

Materials

6.1Introduction

6.2Structural Characteristics of Porphyrin/Phthalocyanine 

Photosensitizers

6.3Physical and Chemical Properties of Porphyrin/Phthalocyanine 

Photosensitizers

6.4Photophysical Characteristics of Porphyrin/Phthalocyanine 

Photosensitizers

6.5Applications in Semiconductor Devices

6.5.1Solar Cell

6.5.2Organic Field-Effect Transistors

6.5.3Photodetectors and Other Optoelectronic Devices

6.6Applications in Biosensors

6.6.1DNA Detection

6.6.2Protein and Enzyme Detection

6.6.3Cellular Imaging and Disease Diagnosis

6.6.4Biosensor Applications Combined with 

Nanomaterials

6.7Applications in Chemical Sensors

6.7.1Metal Ion Detection

6.7.2Organic Compound and VOC Detection

6.7.3Composite Sensors and Nanomaterial Integration

6.7.4Real-time Monitoring and Environmental 

Applications

6.8Applications in Gas Sensors

6.8.1NH3 Sensing

6.8.2Nitrogen Oxide  Sensing

6.8.3Oxygen Sensing

6.9Summary and Prospect

6.10References

Chapter 7Electrical Properties of Porphyrin/Phthalocyanine Optoelectronic 

Materials

7.1Introduction

7.2Experimental and Theoretical Analysis of Charge Mobility

7.2.1Electrical Conductivity of Porphyrin and Phthalocyanine 

Materials

7.2.2Intramolecular Conductivity Mechanism

7.2.3The relation of Polarons and Bi-polarons to electrical 

conductivity

7.2.4Doping Effect

7.2.5Coordination Effect of the Metal Center

7.2.6Influence of Molecular Structure and Environmental 

Factors

7.2.7Summary

7.3Evaluation Parameters of Conductivity in Porphyrin/

Phthalocyanine Materials

7.3.1Conductivity

7.3.2Mobility

7.3.3Hall Effect Parameters

7.3.4Electrochemical Impedance

7.3.5Band Structure and Work Function

7.3.6Summary

7.4Semiconductor Conductivity Properties of Porphyrin/Phthª²

alocyanine Materials

7.4.1Overview of Semiconductor Conductivity Principles

7.4.2Conductivity Mechanism of Organic 

Semiconductors

7.4.3Conductivity Mechanism of Porphyrin and 

Phthalocyanine-Based Organic Semiconductor 

Materials

7.4.4Applications of Porphyrins and Phthalocyanines in 

Organic Electronic Devices

7.4.5Summary

7.5Ionic Conductivity of Porphyrin/Phthalocyanine Materials

7.5.1Basic Principles of Ionic Conductivity

7.5.2Ionic Conductivity in Organic Materials

7.5.3Ionic Conductivity of Porphyrin and Phthalocyanine 

Materials

7.5.4Relationship Between Ionic Conductivity and Material 

Structure

7.5.5Applications of Ionic Conductivity in Porphyrin/

Phthalocyanine Materials

7.5.6Summary

7.6Conductivity Regulation in Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

7.6.1Molecular Structure Regulation

7.6.2Molecular Stacking and Arrangement

7.6.3Doping Techniques

7.6.4Environmental Regulation

7.6.5Composite Materials

7.7References

Chapter 8Application of Porphyrins in Charge Transport Materials

8.1Introduction

8.2Charge Transport Materials in Optoelectronic 

Semiconductors

8.2.1Basic Concepts of Charge Transport

8.2.2Photoelectric Semiconductors Require Efficient Charge 

Transport

8.2.3The Impact of Charge Transport Materials on 

Optoelectronic Semiconductors

8.3Basic Charge Transport Properties

8.3.1Structural Characteristics and Functionalization

8.3.2Charge Transport Traits for Porphyrin/

Phthalocyanine

8.4Charge Transport Materials in Photoelectric Application

8.4.1Application in Organic Solar Cells

8.4.2Application in Perovskite Solar Cells

8.4.3Application in OLEDs

8.4.4Application in OFETs

8.5Applications of Porphyrin/Phthalocyanine Materials in 

Sensing and Detection

8.5.1Development and Applications of Gas Sensors

8.5.2Electrochemical and Optical Sensing Innovations

8.5.3Applications in Environmental and Biological 

Sensing

8.6Stability and Processability of Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

8.6.1Stability of Porphyrin/Phthalocyanine Materials

8.6.2Processability of Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

8.6.3Integrated Outlook and Future Directions

8.7Future Development and Prospects of Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

8.7.1Introduction to Current Trends and Challenges

8.7.2Advancements in Material Synthesis and 

Functionalization

8.7.3Improving Stability and Durability

8.7.4Enhancing Performance for Electronic and Photonic 

Applications

8.8References

Chapter 9Integration of Porphyrin/phthalocyanine Optoelectronic Devices

9.1Introduction

9.1.1Basic principles of optoelectronic devices

9.1.2Classification of Optoelectronic Devices

9.1.3Application of Optoelectronic Devices

9.1.4Development of Optoelectronic Devices

9.2Structural Design of Porphyrin/Phthalocyanine Materials 

in Photoelectrical Appliances

9.2.1Principles

9.2.2Dye-sensitized Solar Cells

9.2.3Organic Solar Cells

9.2.4Perovskite Solar Cells

9.2.5Organic Light-Emitting Diodes

9.3Process Optimization for Porphyrin/Phthalocyanine 

Devices

9.3.1Dye-Sensitized Solar Cells

9.3.2Process Optimization in Organic Solar Cells

9.3.3Process Optimization in Perovskite Solar Cells

9.3.4Process Optimization in Organic Light-Emitting Diode 

Devices

9.4Porphyrin/Phthalocyanines in Flexible Optoelectronic 

Devices

9.4.1Advantages of Porphyrin/Phthalocyanines

9.4.2Porphyrin/Phthalocyanine In Flexible Optoelectronic 

Devices

9.4.3Manufacturing of Porphyrin/Phthalocyanine Flexible 

Optoelectronic Devices

9.4.4Application of Porphyrin/Phthalocyanine Flexible 

Optoelectronic Devices

9.5Integrated Application of Porphyrin/Phthalocyanine Materials 

in Optoelectronic Sensors

9.5.1Type of Porphyrin/Phthalocyanine Photoelectric Sensors 

Application

9.5.2Manufacturing and Integration of Porphyrin/

Phthalocyanine Photosensor

9.5.3Application of Porphyrin/Phthalocyanine 

Photosensors

9.6References

Chapter 10Photoelectric Application Prospects of Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

10.1Introduction

10.2Optoelectronic Applications of Porphyrin/Phthalocyanine 

Materials

10.2.1Thin-film Photovoltaic Cells

10.2.2Organic Light Emitting Diodes

10.2.3Photodetectors and Sensors

10.3The Future Development Direction of Porphyrin/

Phthalocyanine Materials

10.3.1Structural Optimization and Molecular Design

10.3.2Improvement of Environment Stability and 

Processability

10.3.3Synergistic Effect with other Optoelectronic 

Materials

10.3.4Potential Commercialization and Industrial 

Applications

10.4Summary and Outlook

10.5References

Chapter 11Testing Techniques for Porphyrin/Phthalocyanine Optoelectronic 

Devices

11.1Introduction

11.2Xª²ray Diffraction

11.2.1Principle of XRD

11.2.2XRD Instrumentation

11.2.3Categories of XRD

11.2.4Application of XRD in Porphyrins/Phthalocyanin 

Materials

11.3Scanning Electron Microscopy  and Transmission Electron 

Microscopy

11.3.1SEM and TEM Principle

11.3.2SEM and TEM Instrumentation

11.3.3Categories of SEM and TEM Imaging

11.3.4Application of SEM and TEM

11.4Atomic Force Microscopy

11.4.1AFM Principles of AFM

11.4.2AFM Testing Principle

11.4.3AFM Analysis Workflow

11.4.4Application of AFM in Porphyrin/Pathalocyanine 

Materials

11.5External Quantum Efficiency

11.5.1Principle of EQE

11.5.2Application of EQE

11.6Transient Absorption Spectroscopy

11.6.1Principle of TAS

11.6.2Application of TAS in Porphyrin/Pathalocyanine 

Materials

11.7Photoelectric Conversion Efficiency

11.7.1Principle of PCE

11.7.2Application of PCE in Porphyrin/Pathalocyanine 

Materials

11.8Device Stability

11.8.1Significance of Stability in Materials 

11.8.2Categories of Stability Assesment

11.8.3Methods for Stability Assessment

11.8.4Application of Stability Assessment

11.9References

Chapter 12Summary and Outlook