一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。本发明专利技术合成了一种含有不同烷氧基侧链的苯并[1,2‑b；3,4‑b]二呋喃(BDF)有机电子给体单元，通过Stille偶联的方法，将BDF单元通过碳‑碳单键与另一个电子受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)相连接，得到BDF类有机小分子光伏材料，结构如式(Ⅰ)所示。这些有机小分子光伏材料具有宽的可见光区吸收，合适的HOMO以及LUMO能级和相对较窄的带隙。以此类有机分子为电子给体、PC

Benzene two furan type organic small molecule photovoltaic material and preparation method and application thereof

The invention discloses a benzene two furan type organic small molecule photovoltaic material, a preparation method and an application thereof. The invention is a synthesis with different side chain of alkoxy benzene and [1,2 B; 3,4 b] two furan (BDF) organic electron donor unit, through the method of Stille coupling, BDF unit of the carbon carbon bond with another electron acceptor unit two pyrrolo pyrrole ketone (DPP). The BDF class small molecule organic photovoltaic materials, structure of formula (I) shown. These organic small molecule photovoltaic materials have broad visible absorption, suitable HOMO and LUMO levels, and relatively narrow band gaps. Such organic molecules are electron donors and PC

【技术实现步骤摘要】
一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及光伏材料
，具体涉及一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。
技术介绍
苯并[1,2-b；3,4-b]二呋喃(BDF)作为电子给体在聚合物太阳能电池中得到了很好的应用，是一类性能非常优异的电子给体单元[BoLiu,XuewenChen,YingpingZou,LuXiao,XinjunXu,YuehuiHe,LidongLi,andYongfangLi.Macromolecules,2012,45,6896-6905.]，但是将其作为电子给体与其他电子受体单元偶联后应用于有机小分子太阳能电池领域很少在文献中报道。BDF具有和苯并[1,2-b；3,4-b]二噻吩(BDT)相似的稠杂环结构，BDT作为电子给体应用于有机小分子太阳能电池中，获得了高达5.8％的能量转换效率[YuzeLin,LanchaoMa,YongfangLi,YunqiLiu,DaobenZhu,andXiaoweiZhan.AdvancedEnergyMaterials,2013,3,1166-1170.]，南开大学陈永胜课题组用4,8-二异辛氧基-苯并[1,2-b；3,4-b]二噻吩与末端连接强吸电子基团的连三噻吩偶联，得到了一种BDT类有机小分子光伏材料(DR3TSBDT)，DR3TSBDT在300～730nm范围内对太阳光具有很好的吸收，制备的太阳能电池的能量转换效率高达9.6％，在当时是有机太阳能电池转换效率的世界纪录[BinKan,QianZhang,MiaomiaoLi,XiangjianWan,WangNi,GuankuiLong,YunchuangWang,XuanYang,HuanranFeng,YongshengChen.J.Am.Chem.Soc.2014,136,15529-15532]。因此，利用氧原子取代硫原子得到的DBF单元作为电子给体应用于有机小分子太阳能电池中，预期会获得高效的光伏性能。原因主要是氧原子具有比硫原子更小的原子半径，所以BDF具有比BDT更好的平面结构，当BDF与不同的电子受体偶联后，得到的BDF类有机小分子预计拥有更宽的吸收光谱和更高的载流子迁移率。本专利技术合成了含有不同柔性侧链的BDF单体，用Stille偶联的方法获得了一种BDF类有机小分子太阳能电池材料，对它们进行了光学和电化学等表征，并对其在太阳能电池上的应用进行了研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用，该有机小分子光伏材料为碳-碳单键连接的BDF类有机小分子光伏材料，且可作为电子给体材料应用于太阳能电池。基于上述目的，本专利技术提供的一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，该有机小分子光伏材料的结构如式(Ⅰ)所示：其中，R为烷基。式(Ⅰ)所示的化合物为4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃-2,6-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)。在本专利技术中，优选的，R为8～12个碳原子的直链或支链烷烃。在本专利技术中，进一步优选的，所述R选自以下基团中的一种：在本专利技术中，当时，合成的目标化合物为4,8-二异辛氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃-2,6-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)(M1)；当时，合成的目标化合物为4,8-二辛氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃-2,6-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)(M2)；当时，合成的目标化合物为4,8-二十二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃-2,6-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)(M3)。本专利技术提供的一种BDF类有机小分子材料具有良好的可加工性，并且经过初步尝试证明具有较好的光电转换特性，作为有机小分子太阳能电池的工作介质有着广阔的应用前景。进一步的，本专利技术还提供了一种所述的苯并二呋喃类有机小分子光伏材料的制备方法，包括以下步骤：1)苯并二呋喃-4,8-二酮与溴代烷烃在水中回流反应过夜，冷却至室温，将混合物倒入水中，萃取，干燥，旋干溶剂，过硅胶柱，得到4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃；2)氮气保护下，在-78℃下将4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃与正丁基锂在无水四氢呋喃中混合，反应1～3小时，继续加入过量的三甲基氯化锡，室温下反应过夜，将混合物倒入水中，萃取，干燥，旋干溶剂，重结晶得到2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃；3)氮气保护下，将2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃与2’-溴-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)加入到无水甲苯中，再加入Pd(PPh3)4(四(三苯基膦)钯)，110～120℃下反应40～50小时，冷却至室温，沉析，过滤，过硅胶柱，得到化合物(Ⅰ)；其中，4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃的结构式如下式(1)所示：2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃的结构式如下式(2)所示：2’-溴-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)的结构式如下式所示：本专利技术目标化合物(Ⅰ)的合成路线如下：i)NaOH,Zn,H2O,RBr,reflux,overnight；ii)n-BuLi,THF,Sn(CH3)3Cl,-78℃,overnight；iii)Pd(PPh3)4,toluene,115℃,48h.在本专利技术中，优选的，步骤1)中所述溴代烷烃为溴代正辛烷、溴代异辛烷或溴代十二烷；苯并二呋喃-4,8-二酮与溴代烷烃的摩尔比为1:2～3。在本专利技术中，优选的，步骤2)中4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃、正丁基锂与三甲基氯化锡的摩尔比为1:3～4:3～5；重结晶为在甲醇中重结晶。在本专利技术中，优选的，步骤3)中2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃与2’-溴-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)的摩尔比为1:1～3；Pd(PPh3)4与2’-溴-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)的质量比为5～10：100。在本专利技术中，优选的，步骤3)中沉析为在甲醇中沉析；过硅胶柱的淋洗液为体积比1:1的石油醚/二氯甲烷混合液。本专利技术提供的一系列BDF有机小分子光伏材料制备方法是采用Stille偶联的方法，将BDF电子给体单元与另一类芳香杂环电子受体单元直接偶联而成。本专利技术合成了一种含有不同烷氧基侧链的苯并[1,2-b；3,4-b]二呋喃(BDF)有机电子给体单元，通过Stille偶联的方法，将BDF单元通过碳-碳单键与另一个电子受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)相连接，得到BDF类有机小分子光伏材料。它们在常见的有机溶剂(如二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃等)中有良好的溶解性，可以用溶液方法制备高质量的薄膜。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，其特征在于，该有机小分子光伏材料的结构如式(Ⅰ)所示：

【技术特征摘要】
1.一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，其特征在于，该有机小分子光伏材料的结构如式(Ⅰ)所示：其中，R为烷基。2.根据权利要求1所述的苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，其特征在于，R为8～12个碳原子的直链或支链烷烃。3.根据权利要求2所述的苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，其特征在于，所述R选自以下基团中的一种：4.一种如权利要求1-3任一项所述的苯并二呋喃类有机小分子光伏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)苯并二呋喃-4,8-二酮与溴代烷烃在水中回流反应过夜，冷却至室温，将混合物倒入水中，萃取，干燥，旋干溶剂，过硅胶柱，得到4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃；2)氮气保护下，在--78℃下将4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃与正丁基锂在无水四氢呋喃中混合，反应1～3小时，继续加入过量的三甲基氯化锡，室温下反应过夜，将混合物倒入水中，萃取，干燥，旋干溶剂，重结晶得到2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃；3)氮气保护下，将2,6-二(三甲基锡)-4,8-二(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；3,4-b’]二呋喃与2’-溴-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)加入到无水甲苯中，再加入Pd(PPh3)4，110～120℃下反应40～50小时，冷却至室温，沉析，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，陈远道，王晓波，王钢，刘骏，周诗彪，胡霞，何敏，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43