基于异靛青的A‑A型共轭聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术实施例涉及一种基于异靛青的A‑A型共轭聚合物及其制备方法与应用，所述基于异靛青的A‑A型共轭聚合物的结构通式为：

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种共轭聚合物，尤其涉及一种基于异靛青的A-A型共轭聚合物及其制备方法与应用。
技术介绍
有机共轭聚合物作为一种新型的功能材料，近年来引起了科学家的广泛关注。目前，有机光电器件已经实现了无机半导体光电器件的部分功能，如有机电致发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、以及有机信息存储。共轭聚合物也可以用作光探测器的活性层材料，目前做活性层材料的主要是聚合物/富勒烯。而基于聚合物/富勒烯的光探测器，梁永晔课题组通过分子结构的优化成功地将暗电流减小到2.6×10-10A·cm-2at-0.2V而对其传输性能和光电性能没有太大影响。在-0.2V的偏压下比探测率达到1013Jones，并且线性动态范围很广，在单色光(550nm的绿光下)强度变化从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为受体材料虽然有它独特的优势，首先它的球形结构能使电荷实现三维传输，即使在复合膜中也有高的电子迁移率；其次它具有较低的最低未占轨道(LUMO)能级能快速有效地从给体材料得到电子，提高载流子的分离。因此,目前高效的器件主要是围绕富勒烯衍生物展开。但是富勒烯类受体材料也存在一些缺点，比如它们在可见光内吸光系数低、制备和提纯困难、成本较高、由于能级结构难于调节器件的开路电压受到限制等，一定程度上限制了有机太阳能电池效率的进一步提高。理想的受体材料必须克服这些缺陷，实现给体受体材料光学吸收互补，最大程度利用太阳光，并实现更高的开路电压，从而获得更好的器件性能，非富勒烯类共轭聚合物受体材料易于化学修饰,成本较低,便于大批量生产；并且它们的吸收峰较宽而且能级易调控,方便与众多的给体材料匹配，因此可能取代富勒烯及其衍生物作为新的受体材料在有机光探测器中得到广泛研究。目前基于异靛青的聚合物在有机太阳能电池中获得了最高能量转化效率(PCE)为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，这类聚合物主要是作为给体材料，这是因为其主要传输的载流子为空穴。对于发展具有电子传输的聚合物能够使异靛类聚合物作为n-型半导体材料，进一步应用在全聚合物太阳能电池或光探测器中，依然是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于异靛青的A-A型共轭聚合物及其制备方法与应用，本专利技术的A-A型共轭聚合物溶解性好，吸光度强，吸收范围宽，对太阳光有较高的利用率，可以通过异靛青(isoindigo,受体材料(Acceptor))单元与强缺电子分子萘二甲酰亚胺(NDI)和苝二酰亚胺(PDI)(Acceptor)通过Suzuki偶联反应合成。由于NDI，PDI具有很强的吸电子基团，因而可以有效降低聚合物的LUMO能级(与富勒烯及其衍生物相近)。因此此类共聚物可代替富勒烯作为受体材料应用于有机太阳能电池和光探测器中，并且得到了较好的效果。为实现上述目的，在第一方面，本专利技术提供了一种所述A-A型共轭聚合物的结构通式如式(Ⅰ)所示；式(Ⅰ)所述Ar为芳香化合物片段，R为C1-C32的烷烃基、C2-C32的烯烃基、C2-C32的炔烃基、醚氧基、烷基链胺或巯基；n为大于等于4且小于等于100的整数；其中，所述Ar具体为：所述A-A型共轭聚合物的化学式具体如式(II)，式(III)或式(IV)所示；式(II)；式(III)；式(IV)。在第二方面，本专利技术提供了一种上述第一方面提供的式(II)所示的A-A型共轭聚合物的方法，包括；在三(二亚苄基丙酮)二钯和三(邻甲基苯基)磷的催化作用下，6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)进行反应，得到所述式(II)所示共轭聚合物；其中，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的摩尔比为1：0.99-1.05；所述三(二亚苄基丙酮)二钯的用量为6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩尔用量的1-2％，三(邻甲基苯基)磷的用量为6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩尔用量的5％-6％。优选的，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的摩尔比为1：1。优选的，所述反应的温度为90℃-100℃，反应时间为70-72小时。进一步优选的，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)的反应在有机溶剂中进行；所述有机溶剂为：以任意比例混合的甲苯和水的混合物。在第三方面，本专利技术提供了一种上述第一方面提供的式(III)或式(IV)所示的A-A型共轭聚合物的方法，包括：在四(三苯基膦)钯的催化作用下，6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo和N,N’-Bis(2-Octyldodecyl)-1,7-Dibromo-3,4,9,10-PeryleneDiimide进行反应，得到权利要求1所述式(III)所示共轭聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异靛青的A‑A型共轭聚合物，其特征在于，所述A‑A型共轭聚合物的结构通式如式(Ⅰ)所示；所述Ar为芳香化合物片段，R为C1‑C32的烷烃基、C2‑C32的烯烃基、C2‑C32的炔烃基、醚氧基、烷基链胺或巯基；n为大于等于4且小于等于100的整数；其中，所述Ar具体为：所述A‑A型共轭聚合物的化学式具体如式(II)，式(III)或式(IV)所示；

【技术特征摘要】
1.一种基于异靛青的A-A型共轭聚合物，其特征在于，所述A-A型共轭
聚合物的结构通式如式(Ⅰ)所示；
所述Ar为芳香化合物片段，R为C1-C32的烷烃基、C2-C32的烯烃基、
C2-C32的炔烃基、醚氧基、烷基链胺或巯基；n为大于等于4且小于等于100
的整数；
其中，所述Ar具体为：
所述A-A型共轭聚合物的化学式具体如式(II)，式(III)或式(IV)
所示；
2.一种制备权利要求1所述式(II)所示的A-A型共轭聚合物的方法，
其特征在于，所述方法包括：
在三(二亚苄基丙酮)二钯和三(邻甲基苯基)磷的催化作用下，6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)进行反应，得到权利要求1所述式(II)所示共轭聚合物；
其中，所述6,6’-(N,N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo
与
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的摩尔比为1：0.99-1.05；
所述三(二亚苄基丙酮)二钯的用量为6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩尔用量的1-2％，三(邻甲
基苯基)磷的用量为6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo摩尔用量的5％-6％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的摩尔比为1：1。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为90℃-100
℃，反应时间为70-72小时。
5.根据权利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，所述6,6’-(N,
N’-2-octyldodecyl)-Pinacoldiboronisoindigo与
N,N’-bis(2-octyldodecyl)-2,6-dibromonaphthalene-1,4,5,8-bis(dicar
boximide)的反应在有机溶剂中进行；
所述有机溶剂为：以任意比例混合的甲苯和水的混合物。
6.一种制备权利要求1所述式(III)或式(I...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，王小芬，吕磊，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京;11