一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于噻吩茚酮和咔唑的A‑π‑D‑π‑A型小分子太阳能电池受体材料及其制备方法。该类受体材料具有通式I的结构；其是以咔唑为中心核结构，噻吩、呋喃、苯等基团作为π桥，两端的醛基在常温常压下和吸电子基团噻吩茚酮的活性位点进行缩合反应得到对称型目标分子。该类基于噻吩茚酮和咔唑的A‑π‑D‑π‑A型小分子太阳能电池受体材料合成方法简单，反应条件易于控制，产率较高，具有普遍适用性，可以高效合成；并可被广泛应用于能源、生命、分析、材料科学等领域，尤其适合作为有机小分子太阳能电池受体材料等。

A kind of a-\u03c0-d-\u03c0-a small molecule solar cell receptor material based on thiophene ninone and carbazole and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料及其制备方法
：本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料及其制备方法。
技术介绍
：噻吩茚酮是近几年才发展起来、并受到广泛关注和重视的一种新型的吸电子基团，噻吩茚酮类衍生物是一类良好的光敏材料，有良好的稳定性、高的摩尔消光系数和较窄的能隙，并且其作为对称型小分子受体材料的封端基团时表现出良好的光物理化学性质、稳定性能和高的能量转化效率等特点。因此，以噻吩茚酮为封端基团的小分子太阳能电池受体材料在有机小分子太阳能电池领域有良好的应用前景。然而，到目前为止，关于以噻吩茚酮为封端基团的有机小分子太阳能电池的应用报道并不多，缺乏对分子的充分设计以及合成路线的必要优化，而且存在结构单一和光伏效率不高等问题。因此使用较为简单的原料，通过简洁的合成路线，制备出不同类型的噻吩茚酮衍生物，都是亟需解决的难点。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题之一是，提供一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料，该材料具有较宽较强的紫外吸收、较高的摩尔消光系数、比较稳定的光化学性质。本专利技术要解决的技术问题之二是，提供一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料的制备方法，该方法工艺简单，目标分子产率高。为更好的解决上述第一个技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料，具有通式I的结构：式Ⅰ中，π具体为以下几种结构单元中的任一一种：其中，n为1-20的自然数。为更好的解决上述第二个技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在碱的环境下，以2,7-二溴咔唑和双联频哪醇硼酯进行硼酯化反应，制得中间体1，其结构为：(2)中间体1与5-溴噻吩-2-甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体2，其结构为：(3)中间体1与5-溴呋喃-2-甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体3，其结构为：(4)中间体1与对溴苯甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体4，其结构为：(5)中间体2与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC1，其结构为：(6)中间体3与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC2，其结构为：(7)中间体4与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC3，其结构为：作为一种优选的技术方案，步骤(2)～(4)中，所述suzuki反应中采用的反应溶剂为甲苯溶剂和2M碳酸钠溶液的混合物；所述甲苯溶剂与2M碳酸钠溶液的体积比为2:1～4:1。作为一种优选的技术方案，步骤(2)～(4)中，所述5-溴噻吩-2-甲醛与中间体1的摩尔比、所述5-溴呋喃-2-甲醛与中间体1的摩尔比、所述对溴苯甲醛与中间体1的摩尔比均为1:2～1:6。作为一种优选的技术方案，步骤(2)～(4)中，所述suzuki偶联反应的反应温度均为90～110℃；所述suzuki反应的反应时间均为24～36h。作为一种优选的技术方案，步骤(2)～(4)中，所述催化剂为Pd(PPh3)4。作为一种优选的技术方案，步骤(5)～(7)，所述中间体2与噻吩茚酮的摩尔比、所述中间体3与噻吩茚酮的摩尔比、所述中间体4与噻吩茚酮的摩尔比均为1:2～1:8。作为一种优选的技术方案，步骤(5)～(7)中，所述缩合反应的反应温度为0～70℃；所述缩合反应的反应时间为12～24h。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一系列结构新颖的基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料，该受体材料通过在给体单元与受体单元之间加入π桥基团，使目标分子的平面性更好，具有较强的给电子能力，有利于分子内的电荷传输，使其具有优良的光电性能；再加上以噻吩茚酮为封端基团，使得这些分子具有较宽较强的紫外吸收、较高的摩尔消光系数、比较稳定的光化学性质，为构建有机太阳能电池材料提供了新的思路。本专利技术还公开了该基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料的制备方法，该制备方法通过一系列反应合成重要中间体2-4，最后再利用该中间体与噻吩茚酮基团进行缩合反应，得到分别以噻吩、呋喃和苯环为π桥的一系列目标分子；通过对该类受体材料的合成方法进行优化，提高了该类化合物的合成产率。本专利技术提供的合成反应条件易于控制，产物纯化简单，综合产率较高，具有普适性。通过对该类目标分子的光谱和电化学数据分析，我们可以看出该类目标分子具有较稳定的光谱吸收、π-π堆积现象明显、电化学显示其能隙较窄、在空气中稳定性较好，在有机太阳能电池材料方面有潜在的应用价值。附图说明：图1是CTC1的核磁氢谱图；图2是CTC2的核磁氢谱图；图3是CTC3的核磁氢谱图；图4是CTC1的质谱图；图5是CTC2的质谱图；图6是CTC3的质谱图；图7是CTC1、CTC2、CTC3的热失重曲线图；图8是CTC1、CTC2、CTC3共混膜的空穴迁移率曲线图；图9是CTC1、CTC2、CTC3共混膜的电子迁移率曲线图。具体实施方式：下面通过实施例对本专利技术进一步说明，实施例只用于解释本专利技术，不会对本专利技术构成任何的限定。实施例1(1)中间体1的合成在干燥洁净的250mL三口瓶中加入2,7-二溴-9-(十七烷-9-基)-9-咔唑(2.86g，5.1mmol)、双联频哪醇硼酯(4g，15.70mmol)、醋酸钾(4g，40mmol)、1,4二氧六环溶剂(180mL)以及磁子，搅拌溶解反应物，将体系抽成真空状态，氩气置换，加入适量催化剂Pd(dppf)Cl2，再将体系抽成真空状态，氩气置换，在温度为80℃反应过夜，点板监测直至反应完全，停止反应，让体系冷却至室温，用适量乙酸乙酯萃取3-5次，再用适量饱和NaCl溶液洗涤3-5次，保留有机相并加入适量无水MgSO4粉末干燥，减压除去溶剂，通过硅胶层析柱(乙酸乙酯：石油醚＝12:1)分离提纯得白色固状中间体1(2.98g,产率91％)。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:7.82(d,J＝7.5Hz,1H),7.76–7.71(m,2H),2.04–1.95(m,2H),1.38(s,12H),1.17–0.98(m,10H),0.82(t,J＝7.1Hz,3H),0.53(s,2H).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ:150.49,143.93,133.67,128.92,119.42,83.74,55.21,40.13,31.82,29.97,2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料，其特征在于，具有通式I的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料，其特征在于，具有通式I的结构：



式Ⅰ中，π具体为以下几种结构单元中的任一一种：



其中，n为1-20的自然数。


2.如权利要求1所述的一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在碱的环境下，以2,7-二溴咔唑和双联频哪醇硼酯进行硼酯化反应，制得中间体1，其结构为：



(2)中间体1与5-溴噻吩-2-甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体2，其结构为：



(3)中间体1与5-溴呋喃-2-甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体3，其结构为：



(4)中间体1与对溴苯甲醛在催化剂的催化下进行suzuki反应得到中间体4，其结构为：



(5)中间体2与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC1，其结构为：



(6)中间体3与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC2，其结构为：



(7)中间体4与噻吩茚酮经缩合反应，得到目标分子CTC3，其结构为：








3.如权利要求2所述的一种基于噻吩茚酮和咔唑的A-π-D-π-A型小分子太阳能电池受体材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)～(4)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鸿斌，廖俊旭，沈松平，徐键，郑培锦，徐耿标，徐钧浩，曾祥燕，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44