一种噻吩基苯衍生物及其制备方法和应用、给体材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种噻吩基苯衍生物及其制备方法和应用、给体材料及其制备方法，属于有机聚合物太阳能电池技术领域。本发明专利技术提供的1,4

【技术实现步骤摘要】
一种噻吩基苯衍生物及其制备方法和应用、给体材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机聚合物太阳能电池
，尤其涉及一种噻吩基苯衍生物及其制备方法和应用、给体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在当今能源日益匮乏和环境日益恶化的背景下，有机聚合物太阳能电池成为新能源领域研究的热点，被认为是最轻便清洁的能源转换新技术。作为未来最有希望大规模应用的第三代太阳能电池，有机聚合物太阳能电池具有价格低廉、制备工艺简单、材料来源广泛、分子结构设计多样性以及质轻和可制成大面积柔性光伏材料等优越性。近年来，有机聚合物太阳能电池领域受到众多研究人员的青睐，发展迅猛。但是，高效的聚合物给体材料种类仍然还局限于少数几种经典材料，例如以苯并二噻吩(BDT)、噻吩并吡咯烷酮(TPD)、噻吩并噻吩二酮(BDD)或苯并噻二唑(BT)等为核心单元的聚合物。因此，设计结构新颖、高迁移率、成膜性好、合成简单、高效率的有机聚合物给体材料仍然是当前研究的重点和导向。
[0003]聚合物具有密度小、相对分子质量高、热稳定性好和结构易修饰等优点，被广泛用于有机聚合物太阳能电池给体材料。前期，聚合物给体材料是由一种单体聚合而成的均聚物，这类材料虽然在一定程度上促进了有机聚合物太阳能电池的发展，但是这类材料吸收较窄、能级不易调节、载流子迁移率低，不利于有机聚合物太阳能电池光电转换效率的进一步提升。后期，将一种富电子单元(D)与一种缺电子单元(A)交替连接形成共聚物；或在D、A单元之间穿插共轭π桥形成共聚物的设计策略逐渐成为有机聚合物太阳能电池聚合物给体材料的设计准则。这种D
‑
A型或D
‑
π
‑
A型聚合物具有以下优点：1)D
‑
A单元间推拉电子的相互作用，可使聚合物获得较宽吸收光谱，增加电池短路电流；2)在给体单元或受体单元上引入吸电子或供电子基团，可以灵活地调节给体材料与受体材料的能级，进而方便地调控电池开路电压；3)具有较高载流子迁移率，促进电池填充因子提升。因此，D
‑
A型或D
‑
π
‑
A型聚合物成为目前研究比较广泛的聚合物给体材料，而研究结构新颖的聚合给体材料提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率意义重大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种噻吩基苯衍生物及其制备方法和应用、给体材料及其制备方法，所述噻吩基苯衍生物制成的聚合物给体材料具有能够提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率的应用价值。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物，具有式I所示结构：
[0007][0008]式I中，R1＝
‑
C
m
H
2m+1
，R2＝
‑
C
m+2
H
2m+5
，m≥1且为整数，且R1和R2均为偶数个碳原子的直链烷基。
[0009]优选的，所述R1包括C2H5、C4H9、C6H
13
或C8H
17
；所述R2包括C4H9、C6H
13
、C8H
17
或C
10
H
21
。
[0010]本专利技术提供了上述技术方案所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将噻吩、溴代烷烃、强碱和第一溶剂混合，进行亲核取代反应，得到烷基噻吩化合物；
[0012]将2,5
‑
二溴对苯二甲酸、酰氯化试剂和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，进行酰氯化反应，得到2,5
‑
二溴对苯二甲酰氯；
[0013]将所述烷基噻吩化合物、2,5
‑
二溴对苯二甲酰氯、路易斯酸和第二溶剂混合，进行傅克反应，得到1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯类化合物；
[0014]将所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯化合物、2
‑
三丁基锡噻吩、催化剂和第三溶剂混合，进行偶联反应，得到1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物；
[0015]将所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物、溴化试剂和第四溶剂混合，进行溴化反应，得到式I所示结构的1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物；
[0016]所述溴代烷烃具有式II所示结构：
[0017][0018]所述烷基噻吩化合物具有式III所示结构：
[0019][0020]所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯类化合物具有式IV所示结构：
[0021][0022]所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物具有式V所示结构：
[0023][0024]式II～V中，R1独立为C
m
H
2m+1
，R2独立为C
m+2
H
2m+5
，m≥1且为整数，且R1和R2均为偶数个碳原子的直链烷基。
[0025]优选的，所述强碱包括正丁基锂；所述噻吩、溴代烷烃和强碱的摩尔比为1:(2.0～2.2):(2.1～2.5)；所述亲核取代反应的温度为50～70℃，时间为10～15h；
[0026]所述酰氯化试剂包括氯化亚砜；所述2,5
‑
二溴对苯二甲酸和N,N
‑
二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.05；所述酰氯化反应的温度为80℃，时间为1h。
[0027]优选的，所述路易斯酸包括三氯化铝；所述烷基噻吩化合物和2,5
‑
二溴对苯二甲酰氯的摩尔比为2.1:1；所述路易斯酸与烷基噻吩衍生物的摩尔比1：(2.0～2.5)；所述傅克反应的温度为0℃，时间为0.5h；所述催化剂包括四(三苯基膦)钯；所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯化合物、2
‑
三丁基锡噻吩和催化剂的摩尔比为1：(2.0～6.0):(0.01～0.05)；
[0028]优选的，所述溴化试剂包括N
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物，其特征在于，具有式I所示结构：式I中，R1＝
‑
C
m
H
2m+1
，R2＝
‑
C
m+2
H
2m+5
，m≥1且为整数，且R1和R2均为偶数个碳原子的直链烷基。2.根据权利要求1所述的1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物，其特征在于，所述R1包括C2H5、C4H9、C6H
13
或C8H
17
，所述R2包括C4H9、C6H
13
、C8H
17
或C
10
H
21
。3.权利要求1或2所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将噻吩、溴代烷烃、强碱和第一溶剂混合，进行亲核取代反应，得到烷基噻吩化合物；将2,5
‑
二溴对苯二甲酸、酰氯化试剂和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，进行酰氯化反应，得到2,5
‑
二溴对苯二甲酰氯；将所述烷基噻吩化合物、2,5
‑
二溴对苯二甲酰氯、路易斯酸和第二溶剂混合，进行傅克反应，得到1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯类化合物；将所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯化合物、2
‑
三丁基锡噻吩、催化剂和第三溶剂混合，进行偶联反应，得到1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物；将所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物、溴化试剂和第四溶剂混合，进行溴化反应，得到式I所示结构的1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
(5
‑
溴)二噻吩基苯衍生物；所述溴代烷烃具有式II所示结构：所述烷基噻吩化合物具有式III所示结构：所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二溴苯类化合物具有式IV所示结构：
所述1,4
‑
二噻吩二酮
‑
2,5
‑
二噻吩基苯类化合物具有式V所示结构：式II～V中，R1独立为C
m
H
2m+1
，R2独立为C
m+2
H
2m+5
，m≥1且为整数，且R1和R2均为偶数个碳原子的直链烷基。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述强碱包括正丁基锂；所述噻吩、溴代烷烃和强碱的摩尔比为1:(2.0～2.2):(2.1～2.5)；所述亲核取代反应的温度为50～70℃，时间为10～15h；所述酰氯化试剂包括氯化亚砜；所述2,5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张陆军，刘海涛，李旭，刘赣东，秦瑜，张淼淼，于玉建，王金良，郭永春，周晓楠，郝旭东，梁雨涛，王晋，袁梦旗，
申请(专利权)人：河南省科学院，
类型：发明
国别省市：