卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于多功能光电应用的聚合物材料领域；聚合物半导体石墨相氮化碳受到自身带隙宽度的限制，仍然存在可见光利用率低、比表面积较小、光生电子和空穴的复合率高等问题，本发明专利技术提供一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料及制备方法和应用，在氮气气氛下，R与将π引入的卤代芳香类单元Ar单体共聚得到卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，与C3N4组成异质结体系以实现高效、稳定的光催化性能，具有优良的热稳定性和光电性能，制备方法简单，适用于大规模生产和应用，在光催化、钙钛矿太阳能电池、有机场效应晶体管、有机电致发光器件和有机光伏太阳能电池领域广泛应用。件和有机光伏太阳能电池领域广泛应用。件和有机光伏太阳能电池领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多功能光电应用的聚合物材料
，更具体的说，涉及一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]能源是人类赖以生存的物质基础，为社会的发展提供了保证。随着科学技术的快速发展，全球对不可再生化石燃料的依赖显著增加，环境污染和能源危机问题日益加剧，使得加快替代清洁能源的开发和利用变得十分紧迫。光催化析氢可以有效地把太阳能转化为绿色清洁的氢能或其它高附加值化学品，有望替代传统的化石能源 (Chem. Rev. 2020, 120, 919
‑
985) 。
[0003]聚合物半导体石墨相氮化碳 (C3N4) ，因具有优异的化学稳定性和良好的可见光光催化制氢性能而被广泛研究，但是受到自身带隙宽度的限制，仍然存在可见光利用率低、比表面积较小、光生电子和空穴的复合率高等不足之处，限制了它的发展 (Adv. Mater. 2019, 31, 1806626; Ang. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 505
‑
509) 。现有的单组分C3N4的光催化活性较差， 因此，亟待一种能够实现开发能级匹配、可见光利用率良好的聚合物光催化材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料及制备方法和应用，该专利技术主要用于光催化、钙钛矿太阳能电池、有机场效应晶体管、有机电致发光器件和有机光伏太阳能电池等领域，具有良好的热稳定性和优异的光电性能，且制备方法简单、适用于大规模应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，聚合物光催化材料具有以下的分子结构式：上述分子式中，R为苯并二噻吩(BDT)、苯并噻二唑(BT)、苯并噁二唑(BO)、苯并三唑(TAZ)、苯并二噻吩二酮(BDD)、苯并三噻吩(BTT)、吡咯并吡咯二酮(DPP)、噻吩吡咯二酮(TPD)、吡啶并吡嗪(PP)、喹喔啉(QU)、咔唑、芴、噻重氮异吲哚二酮(TID)、二苯吩嗪(PPz)、异靛(IID)、二萘嵌苯(PDI)、萘二亚胺(NDI)、环戊二噻吩、吡咯并二噻吩(DTP)、噻吩并吡嗪(TP)或吲哚并咔唑(IC)的其中一种，选取的R的侧链为烷基链、烷氧基链或噻吩链；π为低聚噻吩基及其衍生物；Ar为卤代芳香类单元。
[0006]进一步，低聚噻吩基包括噻吩、联噻吩、三联噻吩、并二噻吩、二噻吩并噻吩或环戊二噻吩。
[0007]进一步，卤代芳香类单元的卤取代基团为氟、氯、溴或三氟甲基，取代基的数目是
1、2、3或4。
[0008]一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料的制备方法，在氮气气氛下，R与将π引入的卤代芳香类单元Ar单体共聚得到卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，根据选取单体不同，选择以下反应方式之一：Stille偶联反应：卤代芳烃与有机锡化合物的偶联反应；Sukuzi偶联反应：有机硼化合物与有机卤素化合物间的偶联反应；直接芳基化反应：化合物中的碳氢键(C
‑
H)直接官能团化的反应。
[0009]进一步，Stille偶联反应的催化剂为四三苯基膦钯、双(二亚芐基丙酮)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、醋酸钯或者反
‑
二(三苯基膦)二氯化钯 (II)。
[0010]进一步，Sukuzi偶联反应的催化剂为四三苯基膦钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、醋酸钯、1,1'
‑
二(二苯膦基)二茂铁二氯化钯 (II)。
[0011]进一步，直接芳基化反应的催化剂为醋酸钯、四三苯基膦钯。
[0012]一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料的应用，所述聚合物光催化材料通过上述方法制备而成，聚合物光催化材料在光催化、钙钛矿太阳能电池、有机场效应晶体管、有机电致发光器件和有机光伏太阳能电池领域的应用。
[0013]综上所述，专利技术具有以下有益效果：本专利技术的卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料能够实现能级匹配、可见光利用率良好，与C3N4组成异质结体系以实现高效、稳定的光催化性能；本专利技术的聚合物光催化材料具有优良的热稳定性和光电性能，制备方法简单，适用于大规模生产和应用，依据本专利技术的制备方法生产的聚合物光催化材料经过光物理、电化学和载流子迁移率的测试表征，具有能级匹配、吸收性能好和电荷迁移率高的特点，聚合物光催化材料能够广泛应用于光催化、钙钛矿太阳能电池、有机场效应晶体管、有机电致发光器件和有机光伏太阳能电池中。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的聚合物光催化材料的分子结构图；图2为本专利技术聚合物材料1 (P1Cl
‑
T) 与烧制氮化碳 (g
‑
C3N4)按不同质量比合成后在氯仿溶液中的吸收曲线图。
[0015]图3为本专利技术所述聚合物材料1在氯仿溶液中的循环伏安曲线图。
[0016]图4为本专利技术所述聚合物材料1与g
‑
C3N4按不同质量比合成样品的光催化分解水产氢速率(HER)对比图。
[0017]图5为本专利技术所述聚合物材料1与g
‑
C3N4按不同质量比合成样品的表观量子效率(AQY)对比图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0019]如图1~5所示，本专利技术公开了一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，聚合物光催化材料具有以下分子结构式：
在上述的分子式中，R为苯并二噻吩(BDT)、苯并噻二唑(BT)、苯并噁二唑(BO)、苯并三唑(TAZ)、苯并二噻吩二酮(BDD)、苯并三噻吩(BTT)、吡咯并吡咯二酮(DPP)、噻吩吡咯二酮(TPD)、吡啶并吡嗪(PP)、喹喔啉(QU)、咔唑、芴、噻重氮异吲哚二酮(TID)、二苯吩嗪(PPz)、异靛(IID)、二萘嵌苯(PDI)、萘二亚胺(NDI)、环戊二噻吩、吡咯并二噻吩(DTP)、噻吩并吡嗪(TP)或吲哚并咔唑(IC)的其中一种，选取的R的侧链为烷基链、烷氧基链或噻吩链的其中一种；π为低聚噻吩基及其衍生物其中之一，低聚噻吩基包括噻吩、联噻吩、三联噻吩、并二噻吩、二噻吩并噻吩或环戊二噻吩；Ar为卤代芳香类单元，如卤代亚苯基或卤代噻吩基，其中卤取代基团为氟、氯、溴或三氟甲基，取代基的数目是1、2、3或4。卤代芳香类单元的卤取代基团为氟、氯、溴或三氟甲基，取代基的数目是1、2、3或4。
[0020]本专利技术还公开了一种上述的卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料的制备方法，通过以下反应聚合得到卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，具体包括以下步骤：在氮气气氛下，R单体与将π引入的Ar单体共聚得到目标卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料。根据选取单体不同，有以下几种反应方式：Stille偶联反应：卤代芳烃与有机锡化合物的偶联反应。催化剂通常为四三苯基膦钯、双(二亚芐基丙酮)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、醋酸钯或者反
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，其特征在于：所述聚合物光催化材料具有以下的分子结构式：上述分子式中，R为苯并二噻吩(BDT)、苯并噻二唑(BT)、苯并噁二唑(BO)、苯并三唑(TAZ)、苯并二噻吩二酮(BDD)、苯并三噻吩(BTT)、吡咯并吡咯二酮(DPP)、噻吩吡咯二酮(TPD)、吡啶并吡嗪(PP)、喹喔啉(QU)、咔唑、芴、噻重氮异吲哚二酮(TID)、二苯吩嗪(PPz)、异靛(IID)、二萘嵌苯(PDI)、萘二亚胺(NDI)、环戊二噻吩、吡咯并二噻吩(DTP)、噻吩并吡嗪(TP)或吲哚并咔唑(IC)的其中一种，选取的R的侧链为烷基链、烷氧基链或噻吩链；π为低聚噻吩基及其衍生物；Ar为卤代芳香类单元。2.根据权利要求1所述的卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，其特征在于：所述低聚噻吩基包括噻吩、联噻吩、三联噻吩、并二噻吩、二噻吩并噻吩或环戊二噻吩。3.根据权利要求1所述的卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，其特征在于：所述卤代芳香类单元的卤取代基团为氟、氯、溴或三氟甲基，取代基的数目是1、2、3或4。4.一种如权利要求1所述的卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料的制备方法，其特征在于：在氮气气氛下，R与将π引入的卤代芳香类单元Ar单体共聚得到卤代芳香类线性共轭聚合物光催化材料，根据选取单体不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战峰，焦正旭，刘宝友，岳刚，王锦涛，田跃，
申请(专利权)人：宁夏中星显示材料有限公司，
类型：发明
国别省市：