一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料及其制备方法和应用，涉及有机太阳能电池材料领域。本发明专利技术的受体材料的结构通式为：

Axisymmetric six-membered bridged naphthalene nuclear small molecule receptor material and its preparation method and Application

The invention discloses an axisymmetric six-membered bridged naphthalene core small molecule receptor material and its preparation method and application, which relates to the field of organic solar cell materials. The general formula of the structure of the receptor material of the present invention is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及有机太阳能电池领域，特别是涉及一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近几年来，非富勒烯受体材料已成为研究热点之一。与传统的富勒烯衍生物受体材料相比，非富勒烯受体材料具有以下突出的优点：1)在可见光甚至近红外区具有很强的吸光性能；2)电化学能级易调，从而获得较高的开路电压；3)较高的形貌稳定性；4)合成成本低廉等。目前报道的基于非富勒烯受体的有机太阳能电池的能量转换效率已达到了17.3％。优良的有机太阳能电池都具有20mA/cm2以上的高短路电流。太阳能的吸收是光电转换过程的第一步，因而活性层具有宽而强的吸收光谱对能量转换效率至关重要。目前的优良的有机太阳能电池采用的是宽带隙或中等带隙聚合物与窄带隙小分子受体相结合的策略。因此，设计合成优良的窄带隙小分子受体材料成为重要的研究课题之一。目前已报道了多种萘核的小分子受体材料，但其桥环基本为五元桥环，吸收光谱开始于730nm左右，光学带隙为1.70eV左右，限制了光电流和能量转换效率的进一步提高。因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种用于有机太阳能电池的吸收范围宽、能量转换效率高的小分子受体材料，以解决现有技术中的不足之处显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，其结构通式为：通式(I)中，Ar1为如下结构单元中的一种：Ar2为如下结构单元中的一种：R1为C2-C12的烷基，或具有如下结构单元的一种：其中，R2为C2-C12的烷基。一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将萘-1,4-双硼酸频哪醇酯和通式(III)的化合物发生铃木反应，得具有通式(a)的化合物；步骤二：将通式(a)的化合物和通式(IV)的化合物在有机溶剂中反应，得具有通式(b)的化合物；步骤三：将通式(b)的化合物进行缩合反应，得具有通式(c)的化合物；步骤四：将通式(c)的化合物进行甲酰化反应，得具有通式(d)的化合物；步骤五：将通式(d)的化合物和通式(V)的化合物进行克脑文盖尔缩合反应，得具有通式(I)的化合物；由此，本专利技术提供了一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，所述的轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的吸收光谱比现有的类似分子明显红移，应用于有机太阳能电池能有效拓宽吸光范围和提高能量转换效率。优选的，步骤一中，在保护气氛中，将萘-1,4-双硼酸频哪醇酯、通式(III)的化合物、甲苯、乙醇和K2CO3溶液置入反应器中，再加入四(三苯基膦)钯，回流，冷却后倒入水中，二氯甲烷萃取，去除溶剂，柱层析提纯，得通式(a)的化合物。更优选的，所述去除溶剂为使用旋转蒸发器去除溶剂。更优选的，所述保护气氛为氩气保护。优选的，步骤二中，在保护气氛中，将通式(IV)的化合物和四氢呋喃在冷却浴条件下滴加正丁基锂，搅拌1h，加入通式(a)的化合物，升温至室温后搅拌过夜，乙酸乙酯萃取，水洗，去除溶剂，干燥，得具有通式(b)的化合物。更优选的，所述冷却浴条件温度为-78℃。更优选的，所述保护气氛为氩气保护。优选的，步骤三中，在保护气氛中，将通式(c)的化合物、离子交换树脂Amberlyst15、甲苯置入反应器中，回流，冷却至室温，过滤，去除溶剂，分离，得具有通式(c)的化合物。更优选的，所述回流时间为6h；所述分离为柱层析分离，石油醚/二氯甲烷＝10:1(v/v)为洗脱剂。更优选的，所述保护气氛为氩气保护。优选的，步骤四中，使用维尔斯迈尔-哈克(Vilsmeier-Haack)反应进行甲酰化反应，在保护气氛中，将通式(c)的化合物、1,2-二氯乙烷和DMF置入反应器，0℃下加入三氯氧磷，搅拌，回流，冷却后加入水溶液，萃取，去除溶剂，分离，得具有通式(d)的化合物。更优选的，所述保护气氛为氩气保护。更优选的，所述搅拌为在0℃下搅拌0.5h，所述回流时间为24h；所述萃取使用二氯甲烷，旋除溶剂，所述分离为柱层析分离，石油醚/二氯甲烷＝2:1(v/v)为洗脱剂。优选的，步骤五中，在保护气氛中，将通式(d)的化合物、通式(V)的化合物、氯仿加到反应器中，加入吡啶，回流，冷却后用甲醇沉析，分离，提纯，得具有通式(I)的化合物。更优选的，所述回流时间为16h；所述分离为柱层析分离，石油醚/二氯甲烷＝1:1(v/v)为洗脱剂。更优选的，所述保护气氛为氮气保护。本专利技术的另一目的在于提供一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，具有通式(II)的化学结构：本专利技术的另一目的在于提供一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法：通式(II)的化合物的制备包括以下步骤：步骤一：将萘-1,4-双硼酸频哪醇酯、2-溴噻吩并[3,2-b]噻吩-3-甲酸乙酯、甲苯、乙醇和K2CO3溶液加到反应器中，氩气保护下加入四(三苯基膦)钯，回流24h，冷却后倒入水中，二氯甲烷萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式1的化合物；步骤二：反应器中加入1-(4-溴苯基)己烷和四氢呋喃，氩气保护，-78℃下滴加正丁基锂，搅拌1h后，加入通式1的化合物，缓慢升温至室温，搅拌过夜，用乙酸乙酯萃取，水洗，旋除溶剂，干燥，得通式2的化合物；步骤三：反应器中加入通式2的化合物、离子交换树脂Amberlyst15和甲苯，氩气保护下回流反应6h，冷却至室温，过滤，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式3的化合物；步骤四：反应器中加入通式3的化合物、1,2-二氯乙烷和DMF，氩气保护，0℃下滴加三氯氧磷，0℃下搅拌0.5h后，回流反应24h，待冷却后加入水中，二氯甲烷萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式4的化合物；步骤五：依次将通式4的化合物、3-(二氰基亚甲基)靛酮和氯仿加到反应器中，氮气保护下加入吡啶，加热至回流反应16h，冷却后用甲醇沉析，柱层析提纯得到通式(II)的化合物；本专利技术的又一目的在于提供一种上述轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料在有机太阳能电池中的应用。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料及其制备方法和应用，本专利技术的受体材料的结构通式为：其中Ar1和Ar2为独立的芳香基团，R1为C2-C12的烷基或烷基芳香基。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1.具有显著红移的吸收光谱；2.吸收范围得到大幅拓宽，提高了有机太阳能电池对太阳光的利用率；3.本专利技术能显著有机太阳能电池的短路电流；4.提高了电池的能量转换效率。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1为实施例1制备得到的受体材料PTT-IC的氯仿稀溶液(10-5M)和薄膜状态下的吸收谱图；图2为实施例1制备得到的受体材料PTT-IC的循环伏安曲线图；图3为实施例1制备得到的受体材料PTT-IC和给体材料PBDB-T共混制备有机太阳能电池的J-V曲线；图4为实施例1制备得到的受体材料PTT-IC和给体材料PBDB-T共混制备有机太阳能电池的EQE谱图；图5为实施例2制备得到的受体材料PTT-2FIC的氯仿稀溶液(10-5M)和薄膜状态下的吸收谱图；图6为实施例2制备得到的受体材料P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，其结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，其结构通式为：通式(I)中，Ar1为如下结构单元中的一种：Ar2为如下结构单元中的一种：R1为C2-C12的烷基，或具有如下结构单元的一种：其中，R2为C2-C12的烷基。2.根据权利要求1所述的一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料，其特征在于：当Ar1为Ar2为R1为R2为C6的烷基时，所述小分子受体材料的结构通式为：。3.一种根据权利要求1所述的轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法，通式(I)的化合物制备包括以下步骤：步骤一：将萘-1,4-双硼酸频哪醇酯和通式(III)的化合物发生铃木反应，得具有通式(a)的化合物；步骤二：将通式(a)的化合物和通式(IV)的化合物在有机溶剂中反应，得具有通式(b)的化合物；步骤三：将通式(b)的化合物进行缩合反应，得具有通式(c)的化合物；步骤四：将通式(c)的化合物进行甲酰化反应，得具有通式(d)的化合物；步骤五：将通式(d)的化合物和通式(V)的化合物进行克脑文盖尔缩合反应，得具有通式(I)的化合物；4.根据权利要求3所述的一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，在保护气氛中，将萘-1,4-双硼酸频哪醇酯、通式(III)的化合物、甲苯、乙醇和K2CO3溶液置入反应器中，再加入四(三苯基膦)钯，回流，冷却后倒入水中，二氯甲烷萃取，去除溶剂，柱层析提纯，得通式(a)的化合物。5.根据权利要求3所述的一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，在保护气氛中，将通式(IV)的化合物和四氢呋喃在冷却浴条件下滴加正丁基锂，搅拌，加入通式(a)的化合物，升温至室温后搅拌过夜，乙酸乙酯萃取，水洗，去除溶剂，得具有通式(b)的化合物。6.根据权利要求3所述的一种轴对称的六元桥环萘核小分子受体材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，在保护气氛中，将通式(c)的化合物、离子交换树脂Amberlyst15、甲苯置入反应器中，回流，冷却至室温，过滤，去除溶剂，分离，得具...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹佳民，胡威，徐永卓，杜思颖，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43