一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法。包括以下步骤：A．将苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯共混，将上述混合物加热溶解在高沸点溶剂中形成溶液W；B．惰性气体保护下和加热下，将溶液W趁热过滤，滤液避光保存；C．向滤液中加入添加剂，保存时间≤24h；D．将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯的混合物。通过将石墨烯以及添加剂加入到苝酰亚胺或其衍生物中，所得到的共混材料成膜后，较之前的未添加石墨烯及添加剂的苝酰亚胺成膜后所得到的电子迁移率有明显提升。

Preparation of Perylene Imide and Its Derivatives Containing Graphene

The invention discloses a method for preparing perylene imide containing graphene and its derivatives as photoelectric materials. It includes the following steps: A. mixing perylene imide or its derivatives with graphene, heating and dissolving the above mixture in high boiling point solvent to form solution W; B. filtering solution W while heat under inert gas protection and heating, preserving the filter liquid in light-proof condition; C. adding additives to the filter, preserving time is less than 24 hours; D. adding additives to the filter liquid, preserving time is less than 24 hours; The solvent was removed by distillation in vacuum, and a mixture of perylene imide or its derivatives and graphene was obtained. By adding graphene and additives to perylene imide or its derivatives, the electronic mobility of the obtained blends after film formation is significantly higher than that of perylene imide without graphene and additives before.

【技术实现步骤摘要】
一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法
本专利技术属于光电材料
更具体地，涉及一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法。
技术介绍
近年来,苝酰亚胺衍生物在有机光电功能材料的应用方面备受瞩目,已经广泛地应用于有机太阳电池、光导体、电致发光、自组装及生物荧光探针等领域。这一方面是由于酰亚胺类材料具有良好的光、热和气候稳定性、抗腐蚀性、化学惰性、光吸收特性以及较高的荧光量子产率等特点；另一方面是由于其具有大的共苯环平面结构和两个亚胺环结构，具有高的电子亲和势和很强的得电子能力，是一种典型的n型材料。此外还可以在“bay”和酰胺位置对其溶解性、光电性质进行改性。目前,国内外关于苝酰亚胺类材料的研究进展均有报道,苝酰亚胺衍生物作为一类性能突出的n型材料，在有机太阳电池等领域具有很大的潜力，随着研究的深入，在光电材料领域的应用将越来越多。苝酰亚胺作为n型材料的主要缺陷在于，与PCBM相比，电子迁移率较低。如PCBM的电子迁移率一般能达到10-3～10-2cm2V-1s-1，而苝酰亚胺或其衍生物的电子迁移率仅能达到10-8～10-5cm2V-1s-1。因此，亟需克服苝酰亚胺及其衍生物电子迁移率不高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现有技术的不足，将石墨烯添加至苝酰亚胺或其衍生物中形成共混物，此共混物成膜后电子迁移率有明显的提升。具体的，本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法，包括如下步骤：A.将苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯共混，将上述混合物加热溶解在高沸点溶剂中形成溶液W；B.惰性气体保护下和加热下，将溶液W趁热过滤，滤液避光保存；C.向滤液中加入添加剂，保存时间≤24h；D.将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯的混合物；其中，苝酰亚胺及其衍生物的分子结构式为：其中，R1、R2为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氢原子可被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代；X1-X4为氢原子、卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基；其中，所述苝酰亚胺和石墨烯的质量比为1：(0.01-0.1)；所述添加剂为二碘辛烷或氯萘；所述添加剂在溶液W滤液中的占比为0.1-1wt％。进一步的，一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法，所述高沸点溶剂与给体材料质量比为10：1～100：1。进一步的，一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法，其中所述苝酰亚胺及其衍生物的分子结构式为其中，R1、R2为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氢原子可被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代；X1-X4为卤素原子。本专利技术的优点在于：石墨烯具有良好的光电性能和电子迁移率，将其与苝酰亚胺或其衍生物进行物理共混，加入添加剂，可形成均匀的结构。将共混物溶液成膜，作为n型材料，可以有效提升电子迁移率。附图说明图1为实施例1中共混膜(苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.01)的原子力学显微镜图。图2为实施例2中共混膜(苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.05)的原子力学显微镜图。图3为实施例3中共混膜(苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.1)的原子力学显微镜图。图4为实施例4中共混膜(苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.1)的原子力学显微镜图。图5为实施例1和实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图6为实施例2和实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图7为实施例3和实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图8为实施例4中苝酰亚胺衍生物的结构。图9为实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图10为实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图11为实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。图12为实施例5中苝酰亚胺衍生物的结构。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1苝酰亚胺衍生物与石墨烯混合形成共混物，质量比为苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.01，将上述共混物溶解在氯苯中并加热至100℃，形成溶液W；在氩气保护下，保持溶液W温度为100℃，趁热用孔径为0.45微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，然后加入二碘辛烷，保存3h。最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺衍生物与石墨烯的混合物。待测试电子迁移率时，先将上述混合物再次溶于100℃氯苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的空穴迁移率采用空间电荷限制电流(SCLC)的方法测量。SCLC器件结构为ITO/PEDOT/共混膜/MoO3/Al。根据公式：JSCLC＝(9/8)εoεrμo(V2/L3)，计算得到，J是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，L是材料的厚度，V是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(Vappl)减去器件的内建电场电压(Vbi)和器件其它层电阻的电压降(Vs)：V＝Vappl-Vbi-Vs。器件的迁移率可以通过J1/2-V的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。其中苝酰亚胺衍生物的结构如图5所示。实施例2苝酰亚胺衍生物与石墨烯混合形成共混物，质量比为苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.05，将上述共混物溶解在甲苯中并加热至120℃，形成溶液W；在氩气保护下，保持溶液W温度为120℃，趁热用孔径为0.7微米的滤头过滤，将滤液保存在棕色试剂瓶中，然后加入二碘辛烷，保存5h。最后将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺衍生物与石墨烯的混合物。待测试电子迁移率时，先将上述混合物再次溶于120℃甲苯中，并旋涂成共混膜，厚度为40nm。共混材料的空穴迁移率采用空间电荷限制电流(SCLC)的方法测量。SCLC器件结构为ITO/PEDOT/共混膜/MoO3/Al。根据公式：JSCLC＝(9/8)εoεrμo(V2/L3)，计算得到，J是电流，μo是零场强下的迁移率，εo是真空介电常数，εr是材料的介电常数，L是材料的厚度，V是聚合物层的有效电压，由器件的施加电压(Vappl)减去器件的内建电场电压(Vbi)和器件其它层电阻的电压降(Vs)：V＝Vappl-Vbi-Vs。器件的迁移率可以通过J1/2-V的曲线斜率计算得到。我们将共混膜做了电子迁移率测试，作为对比，也测试了一系列正交试验。所得结果如下。其中苝酰亚胺衍生物的结构如图6所示。实施例3苝酰亚胺衍生物与石墨烯混合形成共混物，质量比为苝酰亚胺衍生物：石墨烯＝1：0.1，将上述共混物溶解在三甲苯中并加热至140℃，形成溶液W；在氩气保护下，保持溶液W温度为140℃，趁热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.将苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯共混，将上述混合物加热溶解在高沸点溶剂中形成溶液W；B.惰性气体保护下和加热下，将溶液W趁热过滤，滤液避光保存；C.向滤液中加入添加剂，保存时间≤24h；D.将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯的混合物；其中，苝酰亚胺及其衍生物的分子结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种含有石墨烯的苝酰亚胺及其衍生物的光电材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.将苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯共混，将上述混合物加热溶解在高沸点溶剂中形成溶液W；B.惰性气体保护下和加热下，将溶液W趁热过滤，滤液避光保存；C.向滤液中加入添加剂，保存时间≤24h；D.将滤液在真空条件下蒸馏去除溶剂，得到苝酰亚胺或其衍生物与石墨烯的混合物；其中，苝酰亚胺及其衍生物的分子结构式为：其中，R1、R2为C1-C22的烷基或者C1-C22的烷氧基，所述烷基或者烷氧基为直链、支链或者环状，其中一个或多个碳原子可以被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基取代，氢原子可被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代；X1-X4为氢原子、卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、...

【专利技术属性】
技术研发人员：林前锋，
申请(专利权)人：湖南国盛石墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43