基于3-氰基噻吩的p-型共轭聚合物及其制备方法与光伏应用技术

本发明专利技术属于有机光电技术领域，具体涉及基于3

【技术实现步骤摘要】
基于3
‑
氰基噻吩的p
‑
型共轭聚合物及其制备方法与光伏应用


[0001]本专利技术涉及有机光电材料
，尤其涉及一种基于3
‑
氰基噻吩及其衍生物的有机光电材料的制备及使用该衍生物的有机光伏器件。

技术介绍

[0002]有机光电材料具有π共轭的分子结构和优异的电子离域性能，多样化的结构组成和性能调节空间，能够通过不同给受体单元的组合调节材料的吸光性能、光学带隙、轨道能级等。随着有机电子产业的兴起和蓬勃发展，有机光电材料在有机电致发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机激光器和化学传感器等领域应用广泛，由于其重要的科学研究价值和广阔的商业应用前景，目前已成为材料科学中一个快速增长的领域。探索和开发性能更优的有机光电材料是科研人员目前亟待解决的问题。
[0003]噻吩及其衍生物是构筑有机光电材料的重要砌块，是有机光电材料π桥和中心砌块的主要组成部分，具有结构简单、易于合成等显著优势。但是，为了改善光电材料的光吸收能力，或调节其能级、提高其溶解性等，通常需要对噻吩结构进行化学修饰。氰基作为一类强吸电子基团，常用于降低有机半导体的分子能级。此外，氰基还具有诱导分子聚集、促进结晶等功能，在调控光伏器件活性层形貌方面影响显著。更重要的是，相比于噻吩3位引入氟、酯基等吸电子基团的反应，3
‑
氰基噻吩的合成更为容易，使其在设计具有商业化应用前景的有机光电材料方面更具优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的是为了提供基于3
‑
氰基噻吩的p
‑
型共轭聚合物，该类材料具有合成简单、产率较高、便于衍生化合物制备等优点。
[0005]本专利技术的另一目的是在于提供上述基于3
‑
氰基噻吩有机光电材料的制备方法。
[0006]本专利技术的再一目的是提供上述基于3
‑
氰基噻吩的有机光电材料的应用。这类材料可以在有机太阳能电池领域得到广泛的应用。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术提供了一类基于3
‑
氰基噻吩的有机光电材料，其结构式为如下：
[0009]3‑
氰基噻吩，其特征在于，如下所示：
[0010][0011]一种基于3
‑
氰基噻吩及其衍生物的p
‑
型共轭聚合物，其特征在于，如式(II)示出：
[0012][0013]其中，R1
‑
R2独立的选自氢、卤素原子、具有1
‑
30个碳原子的烷基、具有1
‑
30个碳原子的烷氧基、酯基、芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基中的任意一种；
[0014]Ar选自下述任一种基团：
[0015]1)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃或取代或未取代的硒吩；
[0016]2)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃和取代或未取代的硒吩中任意至少两个基团之间直接或通过桥连原子构筑的芳香稠环；所述的至少两个基团中的基团两两之间可以相同或不同；
[0017]3)由1)和/或2)所述的基团之间以键连形式构筑的共轭体系；其中，所述取代的苯、取代的噻吩、取代的呋喃和取代的硒吩中的取代基均独立的表示为氢原子、氟原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基、杂环芳烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、烯基、炔基、羧基或氰基，其中，所述烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基和杂环芳烷基中所含的烷基为碳原子数1
‑
25的直链或支链烷基；
[0018]m选自1
‑
3的自然数；n代表所述3
‑
氰基噻吩类共轭聚合物的重复单元个数，其为5
‑
1000之间的自然数。
[0019]进一步地，所述Ar为噻吩、呋喃、硒吩、苯、芴、咔唑、硅芴、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、苯并噻二唑、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、并噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、吡咯并吡咯二酮、萘酰亚胺、苝酰亚胺及以上所述结构的衍生物中的一种。
[0020]进一步地，含3
‑
氰基噻吩衍生物的p
‑
型共轭聚合物，其特征在于，所述Ar为如下结构的一种或多种偶联结构：
[0021][0022]其中，其中，X选自氮、氧、硫、硒中的任意一种；
[0023]所述R3
‑
R6基团均独立地选自氢、氟原子、氯原子、取代或未取代的C1
‑
C30烷基、取代或未取代的C1
‑
C30烷氧基、取代或未取代的C1
‑
C30烷基、取代或未取代的C1
‑
C30酯基、取代或未取代的C6
‑
C30芳基或取代或未取代的C4
‑
C30杂芳基中的任意一种；
[0024]本专利技术提供的一种制备上述含3
‑
氰基噻吩的p
‑
型共轭聚合物的方法，包括如下步骤：
[0025]将含3
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氰基噻吩的噻吩单元单体、含共轭单元Ar的单体混合，然后在催化剂的催化下进行聚合反应，纯化得到所述含3
‑
氰基噻吩的p
‑
型共轭聚合物。
[0026]进一步地，所述催化剂包括钯催化剂；所述含3
‑
氰基噻吩的噻吩单元单体与含共轭单元Ar的单体的摩尔比为大于0小于或等于1。
[0027]进一步地，所述聚合反应的反应温度为110～120℃，反应时间为12
‑
16h，搅拌速率为500
‑
1000rpm。
[0028]进一步地，所述混合的方式为物理混合；所述纯化的方式包括过滤、柱层析、抽提及透析中的一种以上。
[0029]本专利技术还包括一种有机太阳能电池，包括所述的基于3
‑
氰基噻吩及其衍生物的光电材料。有机太阳能电池通常包括空穴传输层、电子传输层、以及空穴传输层和电子传输层之间的活性层；所述活性层中至少包括本专利技术提供的3
‑
氰基噻吩及其衍生物光电材料。所述太阳能电池器件中另外的层、原件或衬底可存在或可不存在。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031](1)本专利技术提供的制备方法，在噻吩化合物中引入吸电子基团，可以拉低聚合物的HOMO能级。氰基具有较强的电负性，在共轭聚合物引入氰基基团可以实现更低的HOMO能级。
[0032](2)本专利技术提供的制备方法，具有工艺简单、产率高、制造成本低及适合工业化生
产等优点；
[0033](3)本专利技术提供的含3
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氰基噻吩的p
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型共轭聚合物可以应用于有机光伏领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3
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氰基噻吩的p
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型共轭聚合物，其特征在于，如式(I)所示：其中，R1‑
R2选自氢、卤素原子、具有1
‑
30个碳原子的烷基、具有1
‑
30个碳原子的烷氧基、酯基、芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基中的任意一种；Ar选自下述任一种基团：1)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃、或取代或未取代的硒吩；2)取代或未取代的苯、取代或未取代的噻吩、取代或未取代的呋喃和取代或未取代的硒吩中任意至少两个基团之间直接或通过桥连原子构筑的芳香稠环；所述的至少两个基团中的基团两两之间可以相同或不同；3)由1)和/或2)所述的基团之间以键连形式构筑的共轭体系；其中，所述取代的苯、取代的噻吩、取代的呋喃和取代的硒吩中的取代基均独立的表示为氢原子、氟原子、氰基、羧基、具有1
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30个碳原子直链或1
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30个碳原子支链的烷基、具有1
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30个碳原子的烷氧基、烷硫基、酯基、芳基、芳烷基、卤代烷基、杂环芳烷基、烯基，单键、双键、三键或其组合的取代基取代的芳基中的任意一种；m选自1
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3的自然数；n代表所述3
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氰基噻吩类共轭聚合物的重复单元个数，其为5
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1000之间的自然数。2.根据权利要求1所述基于3
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氰基噻吩的p
‑
型共轭聚合物，其特征在于，所述Ar为噻吩、呋喃、硒吩、苯、芴、咔唑、硅芴、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、苯并噻二唑、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、并噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、吡咯并吡咯二酮、萘酰亚胺、苝酰亚胺及以上所述结构的衍生物中的一种。3.根据权利要求2所述的含3
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氰基噻吩衍生物的p
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型共轭聚合物，其特征在于，所述Ar为如下结构的一种或多种偶联结构：
其中，X选自氮、氧、硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：段春晖，袁熙越，曹镛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：