含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于有机光电材料领域，具体涉及一种含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料及其制备方法和应用。本发明专利技术采用噻吩并噻二唑为中心单元，噻吩类衍生物为连接单元，末端结构为2

【技术实现步骤摘要】
含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机光电材料领域，具体涉及一种含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相比于传统无机近红外光探测器，有机近红外光探测器因其可以通过简单廉价的溶液成膜技术在柔性基底上大面积制备，在技术难度、材料成本、应用场景上具有多重优势，将在图像传感、生物医学检测、光通信、环境监测、夜视、远程控制等方面对传统无机光探测器发起挑战。过去的二十多年里，基于近红外聚合物给体的有机近红外光探测器得到了较多关注，然而其近红外区光探测性能却并不理想。
[0003]近年来，基于近红外小分子受体材料的有机近红外光探测器显示出很大的优势。该类材料具有较好的结晶度，在近红外波段具有高消光系数，器件在近红外波段具有高外量子效率与比探测率(Adv.Mater.2020,32.1906027)。然而，目前发展出来的该类材料结构类型较为单一，多采用共轭或稠环噻吩单元为核心，两端采用受体单元封端的分子结构；其吸收光谱范围多在1.1μm以内，严重限制了有机近红外光探测器的应用场景。

技术实现思路

[0004]针对上述存在问题或不足，为解决现有有机光电材料种类匮乏、以及吸收光谱相对较小的问题，本专利技术提供了一种含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料及其制备方法和应用，该有机光电分子材料以噻吩并噻二唑为中心，噻吩类结构为连接，2
‑
(2
‑
亚甲基
‑3‑
氧代
‑<br/>2,3
‑
二氢
‑
1H
‑
茚
‑1‑
亚基)丙二腈或2
‑
亚甲基
‑
1H
‑
茚
‑
1,3(2H)
‑
二酮为末端；溶于常规有机溶剂(如三氯甲烷、四氢呋喃、甲苯)，易于制备，并可通过溶液法制备高质量的薄膜以应用于有机光探测器。
[0005]一种含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料，其结构通式如式I所示：
[0006][0007]式I中，A采用氧或二氰基亚甲基；X和Y采用氢、氟、氯、溴或甲基，且X和Y不同；D为具有给电子能力的噻吩类共轭单元。
[0008]进一步的，所述给电子能力的噻吩类共轭单元D采用以下结构中的一种：
[0009][0010]其中R1采用C1
‑
C20的烷基，R2、R3、R4、R5、R6和R7采用氢、C1
‑
C20的烷基或C1
‑
C20的烷氧基，且R2、R3、R4、R5、R6和R7可相同或不同。
[0011]上述含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料，其制备方法，包括下述步骤：
[0012]步骤1、制备式VI所示化合物：将式VII所示化合物和式VIII所示化合物按投料摩尔比1:2～6完全溶于有机溶剂中，并加入催化剂于100～120℃，惰性氛围下反应12～72小时，即得。
[0013][0014]所述催化剂为四(三苯基膦)钯、醋酸钯或二氯二(三苯基膦)钯；有机溶剂为甲苯，氯苯或邻二氯苯；D为具有给电子能力的噻吩类共轭单元。
[0015]步骤2、制备式V所示化合物：将步骤1所得式VI化合物、氯化亚锡和浓盐酸按投料摩尔比为1:10～30：50～500完全溶于有机溶剂，在惰性氛围下于0～60℃反应12～72小时，即得。
[0016][0017]所述有机溶剂为甲醇、乙醇或四氢呋喃，浓盐酸浓度为质量百分比≥10％。
[0018]步骤3、制备式IV所示化合物：将步骤2所得式V化合物、N
‑
亚磺酰苯胺和三甲基氯化硅按投料摩尔比1:5～30:10～60完全溶于有机溶剂，在惰性氛围下于25～100℃回流反应1～8小时，即得。
[0019][0020]所述有机溶剂为三乙胺、哌啶或吡啶。
[0021]步骤4、制备式II所示化合物：将步骤3所得式IV所示化合物和N,N
‑
二甲基甲酰胺溶解在有机溶剂中，于
‑
20～0℃冰浴条件下滴加三氯氧膦进行酰基化反应1～4小时，得到式II所示化合物。
[0022][0023]所述式IV化合物、N,N
‑
二甲基甲酰胺和三氯氧膦的投料摩尔比为1:20～40:40～80；有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或1,2
‑
二氯乙烷。
[0024]步骤5、最终式I所示含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料制备；
[0025]将步骤4所得式II化合物和式III所示化合物按投料摩尔比1:2～1:10完全溶于反应溶剂，并加入催化剂于30～80℃回流反应6～48小时，即得。
[0026][0027]所述催化剂为三乙胺、吡啶或哌啶；反应溶剂为三氯甲烷、四氢呋喃或1，2
‑
二氯乙烷。式III中，A采用氧或二氰基亚甲基；X和Y采用氢、氟、氯、溴或甲基，且X和Y不同。
[0028]进一步的，所述步骤1中：式VII和式VIII化合物的投料摩尔比为1:3，反应温度为110℃，反应时间为36小时，有机溶剂为甲苯，催化剂为四(三苯基膦)钯。
[0029]进一步的，所述步骤2中：式VI化合物、氯化亚锡和浓盐酸的投料摩尔比为1：20：60，有机溶剂为四氢呋喃，反应温度为25℃，反应时间为72小时。
[0030]进一步的，所述步骤3中：式V化合物、N
‑
亚磺酰苯胺、三甲基氯化硅的投料摩尔比为1:10:20，有机溶剂为吡啶，反应温度为80℃，反应时间为4小时。
[0031]进一步的，所述步骤4中：式IV化合物、N,N
‑
二甲基甲酰胺和三氯氧膦的投料摩尔比为1:20:40；有机溶剂为1,2
‑
二氯乙烷；反应温度为0℃，反应时间为2小时。
[0032]进一步的，所述步骤5中：式II化合物和式III化合物的投料摩尔比为1:8，反应温度为65℃，反应时间为6小时，催化剂为吡啶，反应溶剂为三氯甲烷。
[0033]以式I所示的可溶性有机光电分子为受体材料制备近红外和/或宽光谱型有机光探测器。特别是制备光电二极管型或光电晶体管型有机光探测器。
[0034]噻吩并噻二唑是一种具有醌式结构效应的强受体单元，在共轭分子的设计中引入该结构作为骨架单元可以显著降低分子带隙。同时，噻吩并噻二唑的双五元环结构具有良好的平面性和小体积位阻特征，可以显著增强分子的共轭程度、提升分子的溶解性。将噻吩并噻二唑单元用于近红外小分子受体材料的设计尚未有过。
[0035]本专利技术提出将强缺电子特征的醌式单元噻吩并噻二唑用于有机光电分子的设计中，采用噻吩并噻二唑为中心单元，噻吩类衍生物为连接单元，末端结构为2
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亚甲基
‑3‑
氧代
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二氢
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料，其特征在于：结构通式如式I所示：式I中，A采用氧或二氰基亚甲基；X和Y采用氢、氟、氯、溴或甲基，且X和Y不同；D为具有给电子能力的噻吩类共轭单元。2.如权利要求1所述含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料，其特征在于：所述给电子能力的噻吩类共轭单元D采用以下结构中的一种：其中R1采用C1
‑
C20的烷基，R2、R3、R4、R5、R6和R7采用氢、C1
‑
C20的烷基或C1
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C20的烷氧基，且R2、R3、R4、R5、R6和R7可相同或不同。3.权利要求1所述含噻吩并噻二唑结构的有机光电分子材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1、制备式VI所示化合物：将式VII所示化合物和式VIII所示化合物按投料摩尔比1:2～6完全溶于有机溶剂中，并加入催化剂于100～120℃，惰性氛围下反应12～72小时，即得；所述催化剂为四(三苯基膦)钯、醋酸钯或二氯二(三苯基膦)钯；有机溶剂为甲苯，氯苯或邻二氯苯；D为具有给电子能力的噻吩类共轭单元；步骤2、制备式V所示化合物：将步骤1所得式VI化合物、氯化亚锡和浓盐酸按投料摩尔比为1:10～30：50～500完全溶于有机溶剂，在惰性氛围下于0～60℃反应12～72小时，即得；
所述有机溶剂为甲醇、乙醇或四氢呋喃；步骤3、制备式IV所示化合物：将步骤2所得式V化合物、N
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亚磺酰苯胺和三甲基氯化硅按投料摩尔比1:5～30:10～60完全溶于有机溶剂，在惰性氛围下于25～100℃回流反应1～8小时，即得；所述有机溶剂为三乙胺、哌啶或吡啶；步骤4、制备式II所示化合物：将步骤3所得式IV所示化合物和N,N
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二甲基甲酰胺溶解在有机溶剂中，于
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20～0℃冰浴条件下滴加三氯氧膦进行酰基化反应1～4小时，得到式II所示化合物；所述式IV化合物、N,N
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二甲基甲酰胺和三氯氧膦的投料摩尔比为1:20～40:40～80；有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或1,2
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二氯乙烷；步骤5、最...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋亚东，袁柳，太惠玲，王洋，顾德恩，黎威志，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：