含二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物及其制备方法和应用技术

一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物，具有如下结构式：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。上述二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的载流子迁移率较高。本发明专利技术还提供一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制备方法、使用该二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的太阳能电池器件、有机电致发光器件及有机场效应晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物、其制备方法以及使用该二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的太阳能电池器件及有机电致发光器件。
技术介绍
能源问题是世界各国十分关注的重大问题。太阳能是未来人类最理想的替代能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池也是研究的热点。近年来兴起的共轭聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等突出优点。此外，有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过材料的设计和优化来提高太阳能电池的性能。萘四羧酸二酰亚胺单元作为一种具有强吸电子能力的优良受体单元，在光电材料中的应用非常广泛。萘四羧酸二酰亚胺化合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。含有萘酰亚胺单元的聚合物具有高的电子和空穴传输性质，优异的电化学还原性质等等。并且萘酰亚胺单元具有较强的可修饰性，可以利用简便的方法引入烷基链提高溶解度，因此在光电材料中有着广泛的应用。然而，现有的萘四羧酸二酰亚胺类衍生物的载流子迁移率较低。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种载流子迁移率较高的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物。此外，还有必要提供一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制备方法。此外，还有必要提供一种使用该二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的太阳能电池器件、有机电致发光器件及有机场效应晶体管。一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物，具有如下结构式：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供如下结构式表示的化合物A及化合物B，A为：B为：其中，R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基；在保护性气体氛围下，将摩尔比为1.02：1的化合物A及化合物B在含有有机钯催化剂的有机溶剂中进行stille耦合反应，分离提纯后得到如下结构式表示的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P：其中，n为2~200的整数。在其中一个实施例中，所述有机钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯与三邻甲苯基膦的混合物、双(三苯基膦)二氯化钯及四(三苯基膦)钯中的至少一种，所述有机钯催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:2000~1:2。在其中一个实施例中，所述stille耦合反应在30℃~130℃下进行，所述stille耦合反应的时间为24小时~72小时。在其中一个实施例中，所述分离提纯二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P的步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行耦合反应后的反应液加入甲醇进行沉析并过滤，将过滤后得到的固体物干燥后用氯苯溶解加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中在80℃下搅拌过夜，将有机相用氧化铝柱层析、氯仿淋洗，除去有机溶剂后用甲醇沉析，过滤后得到的固体用丙酮索氏提取后再次用甲醇沉降，抽滤后干燥得到纯化的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物。在其中一个实施例中，所述化合物A的制备过程包括如下步骤：向-78℃的2,6-二溴-二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻吩的四氢呋喃溶液中加入正丁基锂，所述2,6-二溴-二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻吩与所述正丁基锂的摩尔比为1:3，升温至室温后搅拌反应0.5小时后冷却至-78℃后加入三甲基氯化锡反应，升温至室温后反应24小时~72小时，所述三甲基氯化锡与所述2,6-二溴-二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻吩的摩尔比为1:1，分离提纯后得到所述化合物A。在其中一个实施例中，所述化合物B的制备过程包括如下步骤：在保护性气体的氛围下，将NH2-R1加入2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酐的丙酸溶液中回流反应12小时~18小时，所述NH2-R1与2,6-二溴-1,4,5,8-萘二酐的摩尔比为10:1，分离提纯后得到所述化合物B，其中R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。一种太阳能电池器件，包括活性层，所述活性层的材料包括具有如下结构式的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。一种有机电致发光器件，包括发光层，所述发光层的材料为具有如下结构式的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。一种有机场效应晶体管，包括有机半导体层，其特征在于，所述有机半导体层的材料为具有如下结构式的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。上述二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物及其制备方法，合成路线简单；由于在结构中引入了二噻吩并[3,2-b:2’,3’-d]噻吩结构，其中三个噻吩环在同一个平面上，可以有效的提高共轭聚合物的共轭性能，降低共轭聚合物的带宽，同时这种平面结构使得载流子在两段主链之间转移变得更加容易，从而使得二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的载流子迁移效率较高；同时通过在二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的结构中引入烷基链，提高了二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的溶解性。附图说明图1为一实施方式的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制备方法流程图；图2为一实施方式的太阳能电池器件的结构示意图；图3为一实施方式的有机电致发光器件的结构示意图；图4为一实施方式的有机场效应晶体管器件的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对有机电致发光器件及其制备方法进一步阐明。一实施方式的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物，具有如下结构式：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二噻吩并噻吩‑萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物，其特征在于，具有如下结构式：其中，n为2~200的整数；R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。

【技术特征摘要】
1.一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物，其特征在于，具有如
下结构式：
其中，n为2~200的整数；
R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：
R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。
2.一种二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制备方法，其特征在
于，包括如下步骤：
提供如下结构式表示的化合物A及化合物B，
A为：B为：其中，R1为C1~C20的烷基或具有下述结构的芳香基团：
R2、R3、R4为H、C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基；
在保护性气体氛围下，将摩尔比为1.02:1的化合物A和化合物B在含有有
机钯催化剂的有机溶剂中进行stille耦合反应，分离提纯后得到如下结构式表示
的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物P：
其中n为2~200的整数。
3.根据权利要求2所述的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制
备方法，其特征在于，所述有机钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯与三邻甲苯
基膦的混合物、双(三苯基膦)二氯化钯及四(三苯基膦)钯中的至少一种，所述有
机钯催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:2000~1:2。
4.根据权利要求2所述的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制
备方法，其特征在于，所述stille耦合反应在30℃~130℃下进行，所述stille耦
合反应的时间为24小时~72小时。
5.根据权利要求2所述的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制
备方法，其特征在于，所述分离提纯二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合
物P的步骤如下：向所述化合物A和化合物B进行耦合反应后的反应液加入甲
醇进行沉析并过滤，将过滤后得到的固体物干燥后用氯苯溶解加入到二乙基二
硫代氨基甲酸钠的水溶液中在80℃下搅拌过夜，将有机相用氧化铝柱层析、氯
仿淋洗，除去有机溶剂后用甲醇沉析，过滤后得到的固体用丙酮索氏提取后再
次用甲醇沉降，抽滤后干燥得到纯化的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚
合物。
6.根据权利要求2所述的二噻吩并噻吩-萘四羧酸二酰亚胺共轭聚合物的制
备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，管榕，李满园，黄佳乐，黎乃元，
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，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44