3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛及其制法和应用制造技术

本发明专利技术提供3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛及其制法和应用，该化合物有利于电子在分子间传递，缩短激子的扩散距离，可作为光伏电池电子给体材料，提高光伏电池的短路电流和光电转换率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种可用作有机太阳能电池电子给体材料的化合物。具体地讲为3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛化合物。
技术介绍
：现在，光伏电池商品主要是硅电池，因为硅是一种价格昂贵的原材料，而且太阳能硅电池必须固定在玻璃上，所以，太阳能硅电池具有沉重、运输和安装成本高的缺点。因此，研制廉价、易加工制作的薄膜光伏电池成为了研究热点。相对于硅光伏电池，有机光伏电池具有成本低、重量轻、体积小、易加工、柔韧性好、适宜加工成大面积的平板器件的特点。提高光电转化率是当前有机光伏电池所面临的最主要课题。按照目前的能源供应情况，如果有机光伏电池的光电转化率提高到10％，将具有价格比较优势，和广阔的应用市场。提高光电转换率的关键问题之一是设计并合成性能优良的有机材料。高光电转化率的有机光伏电池需要高效的电子给体(Donor)和电子受体(Acceptor)材料。作为一个实用的光伏电池材料必须具备易合成，性质稳定，价格低廉的特点。聚三己基噻吩(P3HT；poly(3-hexylthiophene))和四苯并卟啉(TBP；Tetrabenzylporphrine)是常用的电子给体材料。目前，跨国公司(例如：日本三菱公司)已经通过工艺优化等途径，将使用P3HT和PCBM制作的光伏电池的光电转换率提高到大于10％的水平，申请了上百个电池制作工艺专利和化合物专利。使用TBP作为电子给体材料和平面共轭分子作为电子受体材料制作的光伏电池的光电转换率也在最近3年得到迅速提高。因此，设计优良的电子受体材料一直是有机光伏电池研究的重要领域。
技术实现思路
：本专利技术提供一种化合物，该化合物有利于电子在分子间传递，缩短激子的扩散距离，可作为光伏电池电子受体材料，提高光伏电池的短路电流和光电转换率。本专利技术的另一目的是提供该化合物的制备方法，该制备方法工艺简便，产率高，适于工业化生产。本专利技术的还一目的是提供该化合物作为光伏电池材料的应用。本专利技术的具体技术方案如下：一种化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛，该化合物的结构式如下：上述化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的制备方法，该方法包括：步骤(1)3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的制备和步骤(2)3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的制备；其中，步骤(2)中的制备过程如下：将3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS加入到反应溶剂二氯苯中，其中3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS的摩尔比为1：2～4，然后将溶液升温到140–220℃，在搅拌条件下反应6～40小时；冷却到室温，过滤、得到黄色晶体。步骤(2)所述二氯苯为1,2-邻二氯苯，1.3-间二氯苯或1,4-对二氯苯。步骤(2)中3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS的摩尔比为优选为1：4。溶液升温范围优选为140～170℃。搅拌反应时间优选为20～40。该化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛可作为光伏电池材料。鉴于平面共轭有机分子自身可以通过π-πStaking效应叠合形成一定堆积形状，有利于电子在分子间传递，缩短激子的扩散距离，使制作的异质结(Bulk heterojunction，BHJ)光伏电池的短路电流增加，提高光伏电池的光电转换率。据此，本申请专利技术人合成平面共轭的分子3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛。本专利技术与现有技术相比，其显著优点如下：1.本专利技术的化合物作为光伏电池电子受体材料，可缩短激子的扩散距离，提高光伏电池的短路电流和光电转换率，提供一种廉价电子受体材料，降低光伏电池的制作成本。2.本专利技术的制备方法，工艺简便，适于工业化生产。3.本专利技术的3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛与电子给体材料P3HT的荧光淬灭实验表明：将3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛加入到P3HT的溶液中，P3HT吸收太阳光产生的激发电子能够自发转移到3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛上，从而产生荧光淬灭。因此，使用该化合物与P3HT材料制作的光伏电池将具有较大短路电流。4.本专利技术制备过程中，3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS的摩尔比为：1：2～4，比例低于1：2时，溴化不完全，比例高于1：4时，造成NBS浪费。5.本专利技术制备过程中，反应时间为6～40小时，反应时间小于6小时，反应不充分，产率低，高于40小时产率没有明显提高；温度控制在140–220℃，反应温度高于220℃会得到多种副产物，温度低于140℃，反应速度很慢，反应时间变长。附图说明:图1为本专利技术化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的结构式。图2为本专利技术制备3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的反应方程式。图3为本专利技术化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的红外吸收光谱。具体实施方式：以下通过实施例，对本专利技术作进一步的说明：按照下述文献1的方法制备3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛过程如下：使用2-腈基噻吩与(Me3Si)2NLi反应制备N,N,N’-三甲基硅基-2-噻吩基脒(产率：60.2％)。N,N,N’-三甲基硅基-2-噻吩基脒与SCl2反应得到红色晶体，再经SbPh3存在下空气氧化得到黄色晶体3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛(产率：29.3％。MS(ESI):311(M+1)+)。文献1：(Boeré,R.T.；Oakley,R.T.；Reed,R.W.J.Organomet.Chem.1987,331,161-167.Boeré,R.T.；Moock,K.H.；Derrick,S.；Hoogerdijk,W.；Preuss,K.；Parvez,M.Can.J.Chem.1993,71,473–486。)实施例1.在一装有温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
化合物3,7‑二[2‑(5‑溴噻吩基)]‑1,5,2,4,6,8‑二硫四氮唑辛，该化合物的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛，该化合
物的结构式如下：
2.权利要求1所述化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四
氮唑辛的制备方法，该方法包括：
步骤(1)3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的制备；
步骤(2)3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛的制备；
其中，步骤(2)中的制备过程如下：
将3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS加入到反应溶剂二氯
苯中，其中3,7-二(2-噻吩基)-1,5,2,4,6,8-二硫四氮唑辛和NBS的摩尔比为1：2～
4，然后将溶液升温到140–220oC，在搅拌条件下反应6～40小时；冷却到室温，
过滤、得到黄色晶体。
3.根据权利要求2所述化合物3,7-二[2-(5-溴噻吩基)]-1,5,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超智，张云帆，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32