一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含苊并[1,2‑b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物及其制备方法和应用，该含苊并[1,2‑b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物的结构通式为：

A conjugated polymer containing acenso and [1,2-b], two, and its preparation and Application

The invention discloses a conjugated polymer containing acenenoacenaceand [1,2 b] Q - two imide, and its preparation method and application. The structure of the conjugated polymer containing acenenoacenaceno and [1,2 b] Q - Q - imide is:

【技术实现步骤摘要】
一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物及其制备方法和应用。
技术介绍
有机太阳能电池具有成本低、重量轻、半透明、可通过溶液加工成大面积的柔性薄膜器件等优点，受到广泛的关注。近年来，随着活性层材料、器件结构和制备工艺条件的不断优化，有机太阳能电池发展迅速，成果显著。目前，通过聚合物给体或小分子给体与富勒烯受体共混制备的太阳能电池的光电转化效率已突破11％，市场化前景一片光明。要想获得高效的有机太阳能电池器件，材料是最重要的决定因素之一。目前，给体材料发展迅速，而受体材料则发展缓慢。受体材料方面，由于PCBM具有电子亲和力强、电子迁移率高等优点，且能够与共轭聚合物给体材料混合形成纳米尺寸的相分离结构，使得以PC61BM和PC71BM为代表的富勒烯衍生物占据着主导地位。然而，以PCBM为代表的富勒烯衍生物自身也存在着难以克服的缺点，例如：在可见光区吸收弱，能级难于调控，导致开路电压较低，限制了光电转换效率的进一步提高。相比之下，非富勒烯类聚合物受体材料的结构易于修饰，能级容易进行微调，其与给体材料的能级能够很好地相互匹配，从而可以获得高的开路电压。近几年，人们为了替换有机太阳能电池中的富勒烯受体，合成了一系列新型聚合物受体材料，当他们与不同的给体材料共混制备太阳能电池时，表现出了良好的光电性能。然而，目前聚合物受体材料的开发尚显不足，局限于苝二酰亚胺、萘二酰亚胺和B-N化合物材料。因此，为了实现有机太阳能电池高效的光电转换，加速其商业化进程，从活性层材料的角度考虑，合成更多性能优异的新型聚合物受体材料就显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物及其制备方法和应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，结构通式为：其中，R1和R2独立地选自-H、C1～C24的烷基或C1～C24的烷氧基，Ar为芳香基团，n为1～10000的自然数，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1。所述的芳香基团为如下所示结构中的至少一种：其中，R、Ra、Rb、Rc和Rd独立地选自-H、烷基、不饱和烷基、卤代烷基、烷氧基、羧基取代烷基、氨基取代烷基、氰基取代烷基、硝基取代烷基、羰基取代烷基或酯基。上述含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：1)以4,7-二(噻吩-2-基)-1,2,5-苯并噻二唑-N-R1基-5,6-二元羧酸酰亚胺为母体，加入铁粉进行还原，得到4,7-二(噻吩-2-基)-5,6-二氨基-N-R1基-异吲哚-1,3-二酮，再与2-R2-6,7-二氢-1H-茚并(6,7,1-def)异喹啉-1,3,6,7(2H)-四酮进行脱水缩合反应，得到N-R1-N′-R2-7,10-二(噻吩-2-基)-1H-吡啶并[3',4',5',5,6]苊并[1,2-b]喹喔啉-8,9-二元羧酸酰亚胺-1,3(2H)-二酮，再通过N-溴代琥珀酰亚胺溴化，得到单体N-R1-N′-R2-7,10-二(5-溴-噻吩-2-基)-1H-吡啶并[3',4',5',5,6]苊并[1,2-b]喹喔啉-8,9-二元羧酸酰亚胺-1,3(2H)-二酮；2)金属催化偶联反应：将含Ar结构的单体与步骤1)制备的单体反应，得到含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物。本专利技术的有益效果是：本专利技术的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物结构新颖，热稳定性好，太阳光子吸收能力强，电子能级合适，适合用于有机太阳能电池中的电子受体或电子给体材料，且其可溶于氯仿、四氢呋喃、氯苯等有机溶剂，可采用溶液法加工。附图说明图1为实施例4的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物P1的紫外-可见吸收光谱。图2为实施例4的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物P1的热失重曲线。具体实施方式一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，结构通式为：其中，R1和R2独立地选自-H、C1～C24的烷基或C1～C24的烷氧基，Ar为芳香基团，n为1～10000的自然数，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1。优选的，所述的芳香基团为如下所示结构中的至少一种：其中，其中，R、Ra、Rb、Rc和Rd独立地选自-H、烷基、不饱和烷基、卤代烷基、烷氧基、羧基取代烷基、氨基取代烷基、氰基取代烷基、硝基取代烷基、羰基取代烷基或酯基。优选的，所述的R、Ra、Rb、Rc和Rd独立地为C1～C24的烷基。上述含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物的制备方法，包括以下步骤：1)以4,7-二(噻吩-2-基)-1,2,5-苯并噻二唑-N-R1基-5,6-二元羧酸酰亚胺为母体，加入铁粉进行还原，得到4,7-二(噻吩-2-基)-5,6-二氨基-N-R1基-异吲哚-1,3-二酮，再与2-R2-6,7-二氢-1H-茚并(6,7,1-def)异喹啉-1,3,6,7(2H)-四酮进行脱水缩合反应，得到N-R1-N′-R2-7,10-二(噻吩-2-基)-1H-吡啶并[3',4',5',5,6]苊并[1,2-b]喹喔啉-8,9-二元羧酸酰亚胺-1,3(2H)-二酮，再通过N-溴代琥珀酰亚胺溴化，得到单体N-R1-N′-R2-7,10-二(5-溴-噻吩-2-基)-1H-吡啶并[3',4',5',5,6]苊并[1,2-b]喹喔啉-8,9-二元羧酸酰亚胺-1,3(2H)-二酮；2)金属催化偶联反应：将含Ar结构的单体与步骤1)制备的单体反应，得到含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：4,7-二(噻吩-2-基)-5,6-二氨基-N-R1基-异吲哚-1,3-二酮的制备，反应式如式I所示：式I中的4,7-二(噻吩-2-基)-1,2,5-苯并噻二唑-N-R1基-5,6-二元羧酸酰亚胺(a)的合成参照文献[WangLX,CaiDD,ZhengQD,etal.ACSMacroLett.2013,2,605-608]。以制备4,7-二(噻吩-2-基)-5,6-二氨基-N-(2-癸基十四烷基)-异吲哚-1,3-二酮为例予以说明：在50mL两口瓶中加入4,7-二(噻吩-2-基)-1,2,5-苯并噻二唑-N-(2-癸基十四烷基)-5,6-二元羧酸酰亚胺(1.41g，2mmol)和铁粉(1.34g，24mmol)，再加入30mL冰乙酸，氮气条件下搅拌回流5h，再将反应液倒入水中，析出黄绿色固体，过滤，取滤渣，用硅胶层析色谱柱分离提纯得到黄色固体，即4,7-二(噻吩-2-基)-5,6-二氨基-N-(2-癸基十四烷基)-异吲哚-1,3-二酮(0.8g，产率60％)。实施例2：N-R1-N′-R2-7,10-二(噻吩-2-基)-1H-吡啶并[3',4',5',5,6]苊并[1,2-b]喹喔啉-8,9-二元羧酸酰亚胺-1,3(2H)-二酮的制备，反应式如式II所示：式II中的2-R2-6,7-二氢-1H-茚并[6,7,1-def]异喹啉-1,3,6,7(2H)-四酮(c)的合成参照文献[HerreraH,EchegarayPD,UrdanpilletaM,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含苊并[1,2‑b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，其特征在于：结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，其特征在于：结构通式为：其中，R1和R2独立地选自-H、C1～C24的烷基或C1～C24的烷氧基，Ar为芳香基团，n为1～10000的自然数，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1。2.根据权利要求1所述的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，其特征在于：所述的芳香基团为如下所示结构中的至少一种：其中，R、Ra、Rb、Rc和Rd独立地选自-H、烷基、不饱和烷基、卤代烷基、烷氧基、羧基取代烷基、氨基取代烷基、氰基取代烷基、硝基取代烷基、羰基取代烷基或酯基。3.根据权利要求2所述的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物，其特征在于：所述的R、Ra、Rb、Rc和Rd独立地为C1～C24的烷基。4.权利要求1～3中任意一项所述的含苊并[1,2-b]喹喔啉二酰亚胺的共轭聚合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)以4,7-二(噻吩-2-基)-1,2,5-苯并噻二唑-N-R1基-5,6-二元...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰柳元，麦裕良，文武，李岱远，张磊，高敏，廖兵，
申请(专利权)人：广东省石油与精细化工研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44