一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法、应用，该苝二酰亚胺类化合物结构式如下：

A perylene diimide compound and preparation method and application thereof

The invention relates to a two perylene imide compound and preparation method and application thereof, the two perylene imide compound structure is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法、应用
本专利技术涉及高分子合成
，具体涉及一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
随着石油等化石能源日益枯竭，具有清洁、可再生、无限、易于获取等优点的太阳能日益受到重视。与传统的基于硅材料的太阳能电池相比，有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池能够通过便利的溶液法进行生产加工，具有质量轻、成本低、可制备柔性器件、可制备大面积器件等优势，因而日益受到研究者的重视。苝二酰亚胺类(PDI)分子具有廉价、化学稳定性好、吸电子能力强、电子迁移率高等特点，且易于官能化以调节溶解性、能级和分子构象，因而受到了研究者的关注。为了克服PDI分子因平面性好，π-π作用强而形成过大晶体的劣势，使用桥联线性或亚三维结构的分子可大大提高其光伏性能。本专利技术设计的PDI类化合物采用以3,3’-联噻吩作为分子核心单元的一系列寡聚噻吩为核，连接四个PDI分子，具有较大的共轭结构与亚三维结构，不仅可以抑制结晶，而且具有多维电子传输特性，能得到较高的电子迁移率。此外，由于加入了富电子基团噻吩，并随着噻吩单元的增加，HOMO能级升高，LUMO能级由于吸电子基团位于分子末端而保持不变，带隙不断变窄，能使得分子吸收光谱红移并变宽，有利于与宽带隙的聚合物给体材料匹配。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种苝二酰亚胺类化合物，该化合物具有式(1)结构：其中，R为烷基链，R’为H或烷基链，X为H、氰基、烷氧基中的一种，n的取值为0或1或2。上述方案中，R为5-30个碳原子的烷基链，R’为H或1-15个碳原子的烷基链，X为H或氰基或1-10个碳原子的烷氧基。上述方案中，所述苝二酰亚胺类化合物为以下1a至1f中的任意一种：上述苝二酰亚胺类化合物的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体保护、Pd2(dba)3和配体P(o-tol)3的催化下，使1-溴苝二酰亚胺化合物与相应的四-三甲基氯化锡寡聚噻吩在甲苯于115℃反应，经分离提纯得到具有式(1)结构的苝二酰亚胺类化合物。上述方案中，所述1-溴苝二酰亚胺化合物选自[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡、[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(2,2’-联噻吩-5’-三甲基锡)、[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(4-戊基噻吩-5-三甲基锡)中的一种。上述方案中，所述四-三甲基氯化锡寡聚噻吩选自N,N’-二(2-乙基丙基)-1-溴-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-正丁氧基-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-氰基-苝二酰亚胺中的一种。上述苝二酰亚胺类化合物作为太阳能电池受体材料的应用。优选的，上述苝二酰亚胺类化合物用作钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料的应用。上述方案中，采用上述苝二酰亚胺类化合物制备的太阳能电池器件结构为ITO/ZnO/PTB7-Th:3/MoO3/Al。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)形成亚三维结构，具有多维电子传输特性；(2)扩大了π电子离域体系，有利于电子迁移率的提高；(3)具有扭曲的分子构象，能够有效阻止分子聚集形成过大的晶体，有利于提升太阳能电池的短路电流Jsc和填充因子FF；(4)加入了富电子基团噻吩，并随着噻吩单元的增加，使得HOMO能级升高，LUMO能级由于吸电子基团位于分子末端而保持不变，带隙不断变窄，能使得分子吸收光谱红移并变宽，有利于与宽带隙的聚合物给体材料匹配。具体实施方式为使本领域普通技术人员更好地理解本专利技术的技术方案和有益效果，下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡(1.22mmol，1g)与N,N’-二(2-乙基丙基)-1-溴-苝二酰亚胺(5eqv.，6.12mmol，3.73g)，Pd2(dba)3(0.122mmol，112mg)，P(o-tol)3(1.47mmol，448mg)和200ml甲苯置于500ml烧瓶中，抽真空并通入氮气三次后，升温至115℃，反应72h。然后旋蒸除去溶剂，以石油醚/二氯甲烷为淋洗剂进行柱层析，得到一种目标产物——化合物1a(0.977g,35％)。实施例2取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡(1.22mmol，1g)与N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-苝二酰亚胺(5eq,6.12mmol，4.76g)，Pd2(dba)3(0.122mmol，112mg)，P(o-tol)3(1.47mmol，448mg)和200ml甲苯置于500ml烧瓶中，抽真空并通入氮气三次后，升温至115℃，反应72h。然后旋蒸除去溶剂，以石油醚/二氯甲烷为淋洗剂进行柱层析，得到一种目标产物——化合物1b(1.12g,31.1％)。实施例3取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡(1.22mmol，1g)与N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-正丁氧基-苝二酰亚胺(5eq.，6.12mmol,5.20g)，Pd2(dba)3(0.122mmol，112mg)，P(o-tol)3(1.47mmol，448mg)和200ml甲苯置于500ml烧瓶中，抽真空并通入氮气三次后，升温至115℃，反应72h。然后旋蒸除去溶剂，以石油醚/二氯甲烷为淋洗剂进行柱层析，得到一种目标产物——化合物1c(1.10g,27.6％)。实施例4取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡(1.22mmol，1g)与N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-氰基-苝二酰亚胺(5eqv.，6.12mmol,4.91g)，Pd2(dba)3(0.122mmol，112mg)，P(o-tol)3(1.47mmol，448mg)和200ml甲苯置于500ml烧瓶中，抽真空并通入氮气三次后，升温至115℃，反应72h。然后旋蒸除去溶剂，以石油醚/二氯甲烷为淋洗剂进行柱层析，得到一种目标产物——化合物1d(0.994g,26.6％)。实施例5取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(2,2’-联噻吩-5’-三甲基锡)(1.22mmol，1.80g)与N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-氰基-苝二酰亚胺(5eqv.，6.10mmol，4.74g)，Pd2(dba)3(0.122mmol，112mg)，P(o-tol)3(1.47mmol，448mg)和200ml甲苯置于500ml烧瓶中，抽真空并通入氮气三次后，升温至115℃，反应72h。然后旋蒸除去溶剂，以石油醚/二氯甲烷为淋洗剂进行柱层析，得到一种目标产物——化合物1e(2.18g,52.0％)。对化合物1e进行了1HNMR(400MHz,CDCl3)测试，结果为：d8.89～8.40(m,24H)，8.35～7.69(m,4H)，7.06(s,2H)，2.29～2.05(m,16H)，1.93～1.68(m,16H)，1.43～1.01(m,96H)，0.92～0.77(m,48H)。实施例6取[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(4-戊基噻吩-5-三甲基锡)(1.22mmol，1.74g)与N,N’-二(2-戊基己基)-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苝二酰亚胺类化合物，其特征在于，该化合物具有式(1)结构：

【技术特征摘要】
1.一种苝二酰亚胺类化合物，其特征在于，该化合物具有式(1)结构：其中，R为烷基链，R’为H或烷基链，X为H、氰基、烷氧基中的一种，n的取值为0或1或2。2.根据权利要求1所述的一种苝二酰亚胺类化合物，其特征在于：R为5-30个碳原子的烷基链，R’为H或1-15个碳原子的烷基链，X为H或氰基或1-10个碳原子的烷氧基。3.根据权利要求1所述的一种苝二酰亚胺类化合物，其特征在于：所述苝二酰亚胺类化合物为以下1a至1f中的任意一种：4.一种苝二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在惰性气体保护、Pd2(dba)3和配体P(o-tol)3的催化下，使1-溴苝二酰亚胺化合物与相应的四-三甲基氯化锡寡聚噻吩在甲苯中于115℃反应，经分离提纯得到具有式(1)结构的苝二酰亚胺类化合物。5.根据权利要求4所述的一种苝二酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于：所述1-溴苝二酰亚胺化合物选自[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治田，张林骅，高翔，吕文东，吴瑶，张晓璐，石遒，张旗，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42