含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用，其分子结构通式如(I)所示，式中，n为1～200的整数；R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基。本发明专利技术的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺溶解性能好、载流子迁移率高，吸光度强，对光吸收范围宽，提高了其对太阳光的利用率，其制备方法工艺简单、产率高、易于操作和控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机化合物合成
，具体的说是涉及一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物及其制备方法和应用。
技术介绍
利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅太阳能电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。聚合物太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，如果能够将其能量转化效率提高到接近商品硅太阳能电池的水平，其市场前景将是非常巨大的。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE上报道共轭聚合物与C60之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展。目前，聚合物太阳能电池的研究主要集中于给体、受体共混体系，采用PTB7与PC71BM共混体系的能量转化效率已经达到7.4％，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多，限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体器件相对较低的载流子迁移率，器件的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，高光子通量的红光区没有被有效利用以及载流子的电极收集效率低等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物含有大的平面共轭体系和良好的分子共平面性，分子间大π键的相互作用很强，具有较大的晶格能，因而其溶解性较差，成膜加工性能较差，导致制备的器件很容易发生相分离问题，影响激子扩散的效率，从而导致能量的损失。另外，由于苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物的吸收光谱主要集中在可见区，吸收范围还不够宽，与太阳光的发射光谱匹配度还不够高，不能有效地利用太阳光，也会降低有机太阳能电池的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，该共聚物溶解性能、载流子迁移率高，吸光度强，对光吸收范围宽，提高了其对太阳光的利用率。本专利技术的另一目的在于提供一种工艺简单、产率高、易于操作和控制的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物的制备方法。本专利技术进一步的目的在于提供上述含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物在有机光电材料、聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，其分子结构通式为下述(I)：式中，n为1～200的整数；R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基。以及，一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包括如下步骤：一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包括如下步骤：分别提供如下结构式表示的化合物I1、I2，其中，R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基；在无氧环境中，含有第一催化剂、第一有机溶剂的体系中，将化合物I1、I2进行Stille偶合反应，生成如下式化合物I的所述含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，式中，n为1～200之间的整数。进一步，本专利技术提供的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物在有机光电材料、聚合物太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管、有机光存储、有机非线性材料或/和有机激光领域中的应用。本专利技术与现有技术相比具备以下优点：1.在含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物分子其“bay”位置引了入取代基，以及苝四羧酸二酰亚胺单体与其他单体共聚，明显改善了其溶解性能；2.含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物分子中含有的噻吩并[3，4-c]吡咯二酮单元具有独特的结构，该噻吩并[3，4-c]吡咯二酮单元具有结构简单、电子离域性能好等优点，且具有平面结构，每单位长度内具有更高的硫原子浓度，并且增强了稠环体系的平面度和共轭度，从而提高了其载流子迁移率，同时，在噻吩并[3，4-c]吡咯二酮噻吩上的5位引入了烷基等修饰，提高了其溶解性，从而提高了其加工性能；3.采用噻吩并[3，4-c]吡咯二酮单元与苝四羧酸二酰亚胺单元共聚，有效调节该共聚物的带隙，并将其吸收带边推向红外及近红外区，使其吸光度强，对光吸收范围宽，提高了其对太阳光的利用率，同时，使得该共聚物溶解性能和电荷传输性能优异；4.该共聚物制备方法工艺简单，产率高，反应条件温和，易于操作和控制，适合于工业化生产。附图说明图1是采用本专利技术实施例1制备的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物为活性层的有机太阳能电池器件的结构示意图；图2是采用本专利技术实施例1制备的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物为发光层的有机电致发光器件的结构示意图；图3是采用本专利技术实施例1制备的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物为有机半导体层的有机场效应晶体管器件的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，显示本专利技术实施例的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，其分子结构通式为下述(I)：式中，n为1～200的整数；R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基。本专利技术还提供了该含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包含如下步骤：步骤S1、分别提供如下结构式表示的化合物I1、I2，其中，R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基；步骤S2、在无氧环境中，含有第一催化剂、第一有机溶剂的体系中，将化合物I1、I2进行Stille偶合反应，生成如下式化合物I的所述含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，式中，n为1～200之间的整数。...

【技术保护点】
１．一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，其分子结构通式为下述（Ｉ）：式中，ｎ为１～２００的整数；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３选自－Ｈ、Ｃ１～Ｃ２０的烷基、Ｃ１～Ｃ２０烷氧基苯或苯基；Ｒ４、Ｒ５选自Ｃ１～Ｃ２０的烷基；Ｒ６选自Ｃ１～Ｃ２０的烷基或烷氧基。

【技术特征摘要】
1.一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物，其分子结构通式
为下述(I)：
式中，n为1～200的整数；R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基。
2.一种含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物制备方法，包括如
下步骤：
分别提供如下结构式表示的化合物I1、I2，
其中，R1、R2、R3选自-H、C1～C20的烷基、C1～C20烷氧基苯或苯基；R4、
R5选自C1～C20的烷基；R6选自C1～C20的烷基或烷氧基；
在无氧环境中，含有第一催化剂、第一有机溶剂的体系中，将化合物I1、
I2进行Stille偶合反应，生成如下式化合物I的所述含噻吩并吡咯二酮单元苝四
羧酸二酰亚胺共聚物，
式中，n为1～200的整数。
3.根据权利要求2所述的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物
制备方法，其特征在于：所述化合物I1制备方法包含如下步骤：
分别提供如下结构式表示的化合物A、B，
在含有第二有机溶剂的体系中，将化合物A、B进行缩合反应，生成所述
化合物I1。
4.根据权利要求3所述的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物
制备方法，其特征在于：所述缩合反应体系中，所述化合物A与化合物B的摩


尔比1∶3～10；所述第二有机溶剂为喹啉、咪唑、丁醇、N-甲基-2-吡咯烷酮、
丙酸中的至少一种；所述缩合反应的反应温度为60～100℃，时间为1～72小
时。
5.根据权利要求2所述的含噻吩并吡咯二酮单元苝四羧酸二酰亚胺共聚物
制备方法，其特征在于：所述化合物I2制备方法包含如下步骤：
分别提供如下结构式表示的化合物C、D，
在含有第二催化剂、第三有机溶剂的体系中，将化合物C、D按摩尔比1∶2～
2.5混合后于60～110℃下进行Stille偶合反应24～72小时，生成如下式化合物
I21，其中，所述第二催化剂为有机钯催或有机钯催与有机膦配体的混合物；所
述第二催化剂的添加量按摩尔比占总物质的0.01％～10％；所述第三有机溶剂为
四氢呋喃、乙二醇二甲醚、苯或甲苯；
在含第四有机溶剂的体系中，将化合物I21与N-溴代丁二酰亚胺按摩尔比
1∶2～2.5混合后于20-120℃下进行溴化反应，生成如下式化合物I22；其中，所
述第四有机溶剂为四氢呋喃、CHCl3、2，5-二甲基呋喃、邻二氯苯中的至少一种；
在含第五有机溶剂的体系中，将化合物I22、锂的烷基衍生物与SnBu3Cl或
SnCH3Cl按摩尔比1∶1～2∶2～5混合后于-50～-20℃进行反应0.5～2小时，然
后自然升温至室温，继续反应5～40小时，生成所述化合物I2；其中，所述第
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，黄杰，管榕，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94