一种稠环富电子化合物和基于此化合物的非富勒烯受体，及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种式(I)所示的稠环富电子化合物，其制备方法简单，作为受体

【技术实现步骤摘要】
一种稠环富电子化合物和基于此化合物的非富勒烯受体，及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机光探测器领域，具体涉及一种稠环富电子化合物和基于此化合物的非富勒烯受体，及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]非富勒烯受体的出现推动了有机光伏的快速发展，逐步将有机太阳能电池的能量转换效率提升至超过17％，同时也展现出对于实现制造高灵敏有机光探测器的巨大潜力。目前商用的无机光探测器存在加工成本高、温度敏感、不兼容柔性基底、需要使用滤光片进行波长选择性探测等诸多缺点。而有机光探测器具有加工简单、光电性质可调、可制成柔性轻薄器件等优点。有机光探测器主要分为光导型、光电二极管型和晶体管型三种类型，其中光电二极管型有机光探测器具有与有机太阳能电池相似的工作原理和器件结构，表现出高响应度、快速响应、宽动态响应范围等特点，受到了广泛关注。目前光电二极管型有机光探测器的研究多基于聚合物
‑
富勒烯体系，其在近红外区往往响应度较低。而对于生物医疗、生物成像、光通信等应用领域，高灵敏的近红外(900nm，甚至1000nm以上)光探测器是十分重要的。当前，基于受体
‑
给体
‑
受体结构的非富勒烯受体材料由于缺乏强给电子单元，其吸收末端往往小于900nm，这对于通过应用强近红外响应的非富勒烯受体来实现制造高灵敏近红外光探测器是不利的。因此，设计合成具有强给电子能力的结构单元，用来发展吸收超过900nm，甚至1000nm的非富勒烯受体，并基于此构筑高灵敏的近红外光探测器是十分必要的。r/>[0003]2017年，丁黎明等通过碳氧桥连的策略制备了一种八稠环主核COi8，通过缩合反应连接缺电子末端得到了一个窄带隙的非富勒烯受体COi8DFIC，其吸收光谱末端达到了984nm。2019年，林乾乾等基于PTB7
‑
Th:COi8DFIC:PC
71
BM三元体系构筑了反向光电二极管型光探测器器件，实现了0.37A/W(900nm)的高响应度和5.6
×
10
11
Jones的比探测率。
[0004]由于在受体
‑
给体
‑
受体结构的非富勒烯受体材料中，给体单元的给电子能力往往不足以诱导强的分子内电荷转移以得到吸收超过900甚至1000nm的近红外非富勒烯材料，而少数的实现超过900甚至1000nm的近红外吸收的非富勒烯受体材料往往合成步骤冗长，合成复杂度较高，不利于进一步的结构拓展，实现更长波段的光响应。同时，由于吸收光谱通常不超过900nm，且在近红外区的外量子产率不高，因此较难取得高的近红外响应度。
[0005]当前的非富勒烯受体往往吸收末端小于900nm，无法实现超过900甚至1000nm的光响应。少有的实现接近或超过1000nm光谱吸收的非富勒烯受体材料往往需要复杂的合成，其近红外响应度也略显不足。本专利技术旨在设计并通过简单的路线合成一个极富电子的稠环结构单元。通过该结构单元与缺电子末端缩合反应得到吸收光谱末端超过900甚至1000nm的受体
‑
给体
‑
受体型非富勒烯受体。同时基于该受体制备光电二极管型光探测器，通过器件优化得到高的近红外区外量子产率和响应度，低的暗电流和高的比探测率。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种式(I)所示的稠环富电子化合物：
[0007][0008]其中，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑
20
烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
14
芳环、5
‑
14元杂芳环；
[0009]根据本专利技术的实施方案，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑
10
烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
10
芳环、5
‑
10元杂芳环；
[0010]根据本专利技术的实施方案，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑8烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
10
芳环、5
‑
10元杂芳环；
[0011]根据本专利技术的实施方案，式(I)化合物可以选自以下结构：
[0012][0013]其中，
[0014]本专利技术还提供式(I)所示化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)化合物1与提供基团的化合物反应得到化合物2；
[0016][0017](2)化合物2发生分子间反应得到化合物3；
[0018][0019](3)化合物3与R2X反应得到式(I)所示化合物；
[0020][0021]其中，R1、R2和A具有上文所述的定义；X为卤素，例如为Br、I。
[0022]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)可以在催化剂存在下进行，所述催化剂可以为钯催化剂，例如为双(三苯基膦)二氯化钯；
[0023]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)可以在还原剂存在下进行，所述还原剂可以为锌粉、铁粉；
[0024]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中化合物2、催化剂和还原剂的摩尔比可以为1:(0.5
‑
3):(0.5
‑
5)，例如为1:(1
‑
3):(1.5
‑
3)。
[0025]根据本专利技术的实施方案，步骤(3)可以在碱存在下进行，所述碱可以为有机金属碱，例如为R2Li，示例性为2
‑
乙基己基锂；
[0026]根据本专利技术的实施方案，步骤(3)中化合物3、碱和R2X的摩尔比可以为1:(1.5
‑
5):(1.5
‑
20)，例如为1:(2
‑
3):(5
‑
15)。
[0027]本专利技术还提供基于式(I)化合物合成的式(II)所示的化合物：
[0028][0029]其中，R1、R2和A具有上文所述的定义；R
a
为缺电子基团，可以选自D单元或者被D单元取代的Q单元；
[0030]D单元选自无取代或被一个、两个或更多个R
b
取代的A1不存在或者选自与苯环稠和的C6‑
14
芳环；每个R
b
相同或不同，彼此独立地C1‑
20
烷基或卤素；
[0031]Q单元选自无取代或被一个、两个或更多个R
c
取代的取代的A2不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
14
芳环或5
‑
14元杂芳环；每个R
c
相同或不同，彼此独立地选自C1‑
12
烷基；R3选自CH2、NH、O、S。
[0032]根据本专利技术的实施方案，R
a
选自D单元或者被D单元取代的Q单元；
[0033]D单元可以选自以下结构：
[0034]其中，X1、X2相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式(I)所示的稠环富电子化合物：其中，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑
20
烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
14
芳环、5
‑
14元杂芳环。2.根据权利要求1所述的稠环富电子化合物，其特征在于，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑
10
烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
10
芳环、5
‑
10元杂芳环；优选地，每个R1、R2相同或不同，彼此独立地选自C1‑8烷基；A不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
10
芳环、5
‑
10元杂芳环；优选地，式(I)化合物可以选自以下结构：其中，3.权利要求1所述稠环富电子化合物的制备方法，包括以下步骤：(1)化合物1与提供基团的化合物反应得到化合物2；(2)化合物2发生分子间反应得到化合物3；(3)化合物3与R2X反应得到式(I)所示稠环富电子化合物；
其中，R1、R2和A具有权利要求1或2所述的定义；X为卤素，例如为Br、I。4.一种式(II)所示的化合物：其中，R1、R2和A具有权利要求1或2所述的定义；R
a
为缺电子基团，可以选自D单元或者被D单元取代的Q单元；D单元选自无取代或被一个、两个或更多个R
b
取代的A1不存在或者选自与苯环稠和的C6‑
14
芳环；每个R
b
相同或不同，彼此独立地C1‑
20
烷基或卤素；Q单元选自无取代或被一个、两个或更多个R
c
取代的取代的A2不存在或者选自与噻吩环稠和的C6‑
14
芳环或5
‑
14元杂芳环；每个R
c
相同或不同，彼此独立地选自C1‑
12
烷基；R3选自CH2、NH、O、S。5.根据权利要求4所述的化合物，其特征在于，D单元可以选自以下结构：其中，X1、X2相同或不同，彼此独立地选自氟、氯、溴或碘；优选地，Q单元可以选自以下结构：其中，R3选自CH2、NH、O、S；R4、R5相同或不同，彼此独立地选自C1‑
10
烷基。
6.根据权利要求4或5所述的化合物，其特征在于，R
a<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓张，陈勇杰，郑瑛琦，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：