化合物、其制备方法以及包含该化合物的有机光伏器件技术

本申请提供了式I化合物、其制备方法以及包含该化合物的有机光伏器件。

Compound, preparation method and organic photovoltaic device containing the compound

The present application provides compound I, a preparation method thereof and an organic photovoltaic device containing the compound.

【技术实现步骤摘要】
化合物、其制备方法以及包含该化合物的有机光伏器件
本申请属于材料领域。具体而言，本申请涉及可用作有机光伏材料的化合物、其制备方法以及包含该化合物的有机光伏器件。
技术介绍
太阳能是一种完全可再生无污染的清洁能源，且在地球上蕴藏量大。太阳能能源的充分利用能够有效解决化石能源危机及日益突出的环境问题。传统的无机太阳能电池器件制备具有高成本、高污染等严重缺陷，从而限制了其发展空间，使得低成本、低污染、质轻且可溶液加工的有机太阳能电池在过去的二十多年里得到了快速发展，具有广阔的应用前景。近年来，有机聚合物/小分子太阳能电池得到了突飞猛进的发展，尤其是非富勒烯电子受体材料的研究成为科学家们一个新的研究热点。随着新型光伏材料的制备，器件的能量转换效率得到不断提升。此外，有机场效应晶体管、有机发光二极管也以其易加工、低成本、可制备柔性器件受到越来越广泛的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供有机光电电子受体材料，以本专利技术的有机光电材料所制备的有机光伏器件具有较高的光电转化效率，并且这类有机光电材料合成步骤简单、容易纯化。一方面，本申请提供式I的化合物，其中：R1、R2和R3各自独立地选自H、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基，其中所述C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基基团任选地被一个或多个选自以下的基团取代：羟基、氰基、硝基和卤素；n和m各自独立地选自0、1、2或3的整数；A1和A2各自独立地选自如下的基团：其中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、卤素、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基或卤代C1-C30烷氧基；条件是当n和m均为0且A1和A2均为A-A时，R4、R5、R6和R7中至少之一不为氢。在一些实施方案中，R1、R2和R3各自独立地选自H、C6-C12烷基、C6-C12环烷基、C6-C12烷氧基、C6-C12烷硫基、卤代C6-C12烷基、卤代C6-C12环烷基和卤代C6-C12烷氧基，其中所述C6-C12烷基、C6-C12环烷基、C6-C12烷氧基、C6-C12烷硫基、卤代C6-C12烷基、卤代C6-C12环烷基和卤代C6-C12烷氧基基团任选地被一个或多个选自以下的基团取代：羟基、氰基、硝基和卤素。在一些实施方案中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、卤素、C1-C8烷基、C3-C8环烷基、C1-C8烷氧基或卤代C1-C8烷氧基。在一些实施方案中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、氟、C1-C4烷基、C3-C6环烷基、C1-C4烷氧基或卤代C1-C4烷氧基。在一些实施方案中，n和m各自独立地选自0和1；任选地，n和m相同。在一些实施方案中，A1和A2各自独立地选自如下的基团：其中R4、R5、R6和R7各自独立地选自卤素、C1-C8烷基、C3-C8环烷基、C1-C8烷氧基或卤代C1-C8烷氧基；在一些实施方案中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氟、C1-C4烷基、C3-C6环烷基、C1-C4烷氧基和卤代C1-C4烷氧基。在一些实施方案中，A1与A2相同。另一方面，本专利技术提供了如下化合物：根据本专利技术又一方面，提供了本专利技术所述化合物的制备方法，其通过将双醛结构化合物与末端基团化合物进行克脑文格尔缩合反应制备本专利技术所述化合物，其中，所述末端基团化合物选自以下化合物：以及它们的组合。其中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、卤素、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基或卤代C1-C30烷氧基；并且其中所述双醛结构化合物如式II所示：其中：R1、R2和R3各自独立地选自H、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基，其中所述C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基基团任选地被一个或多个选自以下的基团取代：羟基、氰基、硝基和卤素；n和m各自独立地选自0、1、2或3的整数。在一些实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：将所述双醛结构化合物、所述末端基团化合物、有机溶剂和催化剂混合，在惰性气体保护下室温或加热下回流反应；将所得反应产物进行萃洗，合并有机相；将所述有机相进行干燥，除去溶剂，以及分离得到所述化合物，任选地，所述分离为柱层析分离。在一些实施方案中，所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、丁醇和四氢呋喃中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选为三氯甲烷。在一些实施方案中，所述有机溶剂与双醛结构化合物的用量比为10升/摩尔-30升/摩尔。在一些实施方案中，所述催化剂为弱碱性化合物、三乙胺、哌啶、吡啶和乙酸铵中的一种或两种以上任意比例的混合物。在一些实施方案中，所述催化剂与所述双醛结构化合物的摩尔比为1:10～1:20。在一些实施方案中，使用选自三氯甲烷、二氯甲烷、氯苯、二氯苯和它们的任意组合的溶剂以及水进行所述萃洗。在一些实施方案中，使用三氯甲烷以及水进行所述萃洗。另一方面，本专利技术提供有机光伏器件，其包含作为活性层电子受体材料的本专利技术所述化合物或由本专利技术所述化合物的制备方法制得的化合物。在一些实施方案中，所述有机光伏器件包括太阳能电池、场效应晶体管、有机发光二极管等。详细描述定义提供以下定义和方法用以更好地界定本申请以及在本申请实践中指导本领域普通技术人员。除非另作说明，术语按照相关领域普通技术人员的常规用法理解。本文所引用的所有专利文献、学术论文及其他公开出版物，其中的全部内容整体并入本文作为参考。术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。本文中表示碳原子数的数字范围，是指给定范围中的各个整数，例如，“C1-C30”是指该基团可具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30个碳原子。术语“烷基”是指直链或支链烷基，其具体实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、正十五烷基等。术语“环烷基”是指由碳原子和氢原子组成的饱和的或不饱和的非芳香性的环状烃基，优选包含1或2个环。所述环烷基可以是单环、稠合多环、桥环或螺环结构。环烷基的非限制性实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、双环[2.2.1]庚基和螺[3.3]庚基等。术语“烷氧基”是指烷基-O-，其中“烷基”定义如上，“烷氧基”的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基。术语“烷硫基”是指烷基-S-。其中“烷基”定义如上。术语“卤代C1-C30烷基”是指被一个或多个卤原子取代的C1-C30烷基，其中“烷基”定义如上。术语“卤代C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.式I的化合物，

【技术特征摘要】
1.式I的化合物，其中：R1、R2和R3各自独立地选自H、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基，其中所述C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷硫基、卤代C1-C30烷基、卤代C3-C30环烷基和卤代C1-C30烷氧基基团任选地被一个或多个选自以下的基团取代：羟基、氰基、硝基和卤素；n和m各自独立地选自0、1、2或3的整数；A1和A2各自独立地选自如下的基团：其中，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、卤素、C1-C30烷基、C3-C30环烷基、C1-C30烷氧基或卤代C1-C30烷氧基；条件是当n和m均为0且A1和A2均为A-A时，R4、R5、R6和R7中至少之一不为氢。2.如权利要求1所述的式I的化合物，其中R1、R2和R3各自独立地选自H、C6-C12烷基、C6-C12环烷基、C6-C12烷氧基、C6-C12烷硫基、卤代C6-C12烷基、卤代C6-C12环烷基和卤代C6-C12烷氧基；其中所述C6-C12烷基、C6-C12环烷基、C6-C12烷氧基、C6-C12烷硫基、卤代C6-C12烷基、卤代C6-C12环烷基和卤代C6-C12烷氧基基团任选地被一个或多个选自以下的基团取代：羟基、氰基、硝基和卤素；以及任选地，其中R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、卤素、C1-C8烷基、C3-C8环烷基、C1-C8烷氧基或卤代C1-C8烷氧基。3.如权利要求1或2所述的式I的化合物，其中R4、R5、R6和R7各自独立地选自氢、氟、C1-C4烷基、C3-C6环烷基、C1-C4烷氧基或卤代C1-C4烷氧基。4.如权利要求1-3中任一项所述的式I的化合物，其中n和m各自独立地选自0和1；任选地，n和m相同。5.如权利要求1所述的式I的化合物，其中A1和A2各自独立地选自如下的基团：其中R4、R5、R6和R7各自独立地选自卤素、C1-C8烷基、C3-C8环烷基、C1-C8烷氧基或卤代C1-C8烷氧基；任选地，R4、R5、R6和R7各自独立地选自氟、C1-C4烷基、C3-C6环烷基、C1-C4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永胜，邱乃亮，张会京，冯焕然，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12