基于異靛青的A?A型共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)實施例涉及一種基于異靛青的A?A型共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用，所述基于異靛青的A?A型共軛聚合物的結(jié)構(gòu)通式為：

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種共軛聚合物，尤其涉及一種基于異靛青的A-A型共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
有機共軛聚合物作為一種新型的功能材料，近年來引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。目前，有機光電器件已經(jīng)實現(xiàn)了無機半導(dǎo)體光電器件的部分功能，如有機電致發(fā)光二極管、有機太陽能電池、有機場效應(yīng)晶體管、以及有機信息存儲。共軛聚合物也可以用作光探測器的活性層材料，目前做活性層材料的主要是聚合物/富勒烯。而基于聚合物/富勒烯的光探測器，梁永曄課題組通過分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化成功地將暗電流減小到2.6×10-10A·cm-2at-0.2V而對其傳輸性能和光電性能沒有太大影響。在-0.2V的偏壓下比探測率達到1013Jones，并且線性動態(tài)范圍很廣，在單色光(550nm的綠光下)強度變化從nW·cm-2到mW·cm-2(Zhang,L.；Yang,T.；Shen,L.；Fang,Y.；Dang,L.；Zhou,N.；Guo,X.；Hong,Z.；Yang,Y.；Wu,H.；Huang,J.；Liang,Y.Advancedmaterials2015,27,6496)。富勒烯及其衍生物作為受體材料雖然有它獨特的優(yōu)勢，首先它的球形結(jié)構(gòu)能使電荷實現(xiàn)三維傳輸，即使在復(fù)合膜中也有高的電子遷移率；其次它具有較低的最低未占軌道(LUMO)能級能快速有效地從給體材料得到電子，提高載流子的分離。因此,目前高效的器件主要是圍繞富勒烯衍生物展開。但是富勒烯類受體材料也存在一些缺點，比如它們在可見光內(nèi)吸光系數(shù)低、制備和提純困難、成本較高、由于能級結(jié)構(gòu)難于調(diào)節(jié)器件的開路電壓受到限制等，一定程度上限制了有機太陽能電池效率的進一步提高。理想的受體材料必須克服這些缺陷，實現(xiàn)給體受體材料光學(xué)吸收互補，最大程度利用太陽光，并實現(xiàn)更高的開路電壓，從而獲得更好的器件性能，非富勒烯類共軛聚合物受體材料易于化學(xué)修飾,成本較低,便于大批量生產(chǎn)；并且它們的吸收峰較寬而且能級易調(diào)控,方便與眾多的給體材料匹配，因此可能取代富勒烯及其衍生物作為新的受體材料在有機光探測器中得到廣泛研究。目前基于異靛青的聚合物在有機太陽能電池中獲得了最高能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)為8.2％(Deng,Y.；Liu,J.；Wang,J.；Liu,L.；Li,W.；Tian,H.；Zhang,X.；Xie,Z.；Geng,Y.；Wang,F.Advancedmaterials2014,26,471)；然而，這類聚合物主要是作為給體材料，這是因為其主要傳輸?shù)妮d流子為空穴。對于發(fā)展具有電子傳輸?shù)木酆衔锬軌蚴巩惖孱惥酆衔镒鳛閚-型半導(dǎo)體材料，進一步應(yīng)用在全聚合物太陽能電池或光探測器中，依然是亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種基于異靛青的A-A型共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用，本專利技術(shù)的A-A型共軛聚合物溶解性好，吸光度強，吸收范圍寬，對太陽光有較高的利用率，可以通過異靛青(isoindigo,受體材料(Acceptor))單元與強缺電子分子萘二甲酰亞胺(NDI)和苝二酰亞胺(PDI)(Acceptor)通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成。由于NDI，PDI具有很強的吸電子基團，因而可以有效降低聚合物的LUMO能級(與富勒烯及其衍生物相近)。因此此類共聚物可代替富勒烯作為受體材料應(yīng)用于有機太陽能電池和光探測器中，并且得到了較好的效果。為實現(xiàn)上述目的，在第一方面，本專利技術(shù)提供了一種所述A-A型共軛聚合物的結(jié)構(gòu)通式如式(Ⅰ)所示；式(Ⅰ)所述Ar為芳香化合物片段，R為C1-C32的烷烴基、C2-C32的烯烴基、C2-C32的炔烴基、醚氧基、烷基鏈胺或巰基；n為大于等于4且小于等于100的整數(shù)；其中，所述Ar具體為：所述A-A型共軛聚合物的化學(xué)式具體如式(II)，式(III)或式(IV)所示；式(II)；式(III)；式(IV)。在第二方面，本專利技術(shù)提供了一種上述第一方面提供的式(II)所示的A-A型共軛聚合物的方法，包括；在三(二亞芐基丙酮)二鈀和三(鄰甲基苯基)磷的催化作用下，6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)進行反應(yīng)，得到所述式(II)所示共軛聚合物；其中，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的摩爾比為1：0.99-1.05；所述三(二亞芐基丙酮)二鈀的用量為6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩爾用量的1-2％，三(鄰甲基苯基)磷的用量為6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩爾用量的5％-6％。優(yōu)選的，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的摩爾比為1：1。優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為90℃-100℃，反應(yīng)時間為70-72小時。進一步優(yōu)選的，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的反應(yīng)在有機溶劑中進行；所述有機溶劑為：以任意比例混合的甲苯和水的混合物。在第三方面，本專利技術(shù)提供了一種上述第一方面提供的式(III)或式(IV)所示的A-A型共軛聚合物的方法，包括：在四(三苯基膦)鈀的催化作用下，6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo和N,N’-Bis(2-Octyldodecyl)-1,7-Dibromo-3,4,9,10-PeryleneDiimide進行反應(yīng)，得到權(quán)利要求1所述式(III)所示共軛聚本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于異靛青的A?A型共軛聚合物，其特征在于，所述A?A型共軛聚合物的結(jié)構(gòu)通式如式(Ⅰ)所示；所述Ar為芳香化合物片段，R為C1?C32的烷烴基、C2?C32的烯烴基、C2?C32的炔烴基、醚氧基、烷基鏈胺或巰基；n為大于等于4且小于等于100的整數(shù)；其中，所述Ar具體為：所述A?A型共軛聚合物的化學(xué)式具體如式(II)，式(III)或式(IV)所示；

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于異靛青的A-A型共軛聚合物，其特征在于，所述A-A型共軛
聚合物的結(jié)構(gòu)通式如式(Ⅰ)所示；
所述Ar為芳香化合物片段，R為C1-C32的烷烴基、C2-C32的烯烴基、
C2-C32的炔烴基、醚氧基、烷基鏈胺或巰基；n為大于等于4且小于等于100
的整數(shù)；
其中，所述Ar具體為：
所述A-A型共軛聚合物的化學(xué)式具體如式(II)，式(III)或式(IV)
所示；
2.一種制備權(quán)利要求1所述式(II)所示的A-A型共軛聚合物的方法，
其特征在于，所述方法包括：
在三(二亞芐基丙酮)二鈀和三(鄰甲基苯基)磷的催化作用下，6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)進行反應(yīng)，得到權(quán)利要求1所述式(II)所示共軛聚合物；
其中，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo
與
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的摩爾比為1：0.99-1.05；
所述三(二亞芐基丙酮)二鈀的用量為6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩爾用量的1-2％，三(鄰甲
基苯基)磷的用量為6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩爾用量的5％-6％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的摩爾比為1：1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)的溫度為90℃-100
℃，反應(yīng)時間為70-72小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，所述6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo與
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的反應(yīng)在有機溶劑中進行；
所述有機溶劑為：以任意比例混合的甲苯和水的混合物。
6.一種制備權(quán)利要求1所述式(III)或式(I...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃輝，王小芬，呂磊，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11