一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用，其中，吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的化学结构通式为：其中，R为C1

【技术实现步骤摘要】
一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及有机半导体
，尤其涉及一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，基于有机共轭聚合物半导体材料由于其低成本、可溶液加工、大面积、柔性等特点可制备成可弯曲的电子器件，使得其无论在实际工业应用还是科研领域研究都引起了广泛的关注。尤其是在有机薄膜晶体管，有机热电以及有机太阳能电池领域。近几年来，p型(空穴)聚合物传输材料得到了很大的发展，并且在有机光电领域表现出优异的器件性能。而对于n型(电子)有机聚合物半导体材料来说，由于强拉电子基团的引入通常导致化学合成难度增加，同时带来较大的空间位阻效应，致使n型材料发展远远落后于p型材料。但是高性能的n型聚合物半导体材料在有机热电材料，全聚合物太阳能电池中都起到了至关重要的作用。因此，迫切的需要开发出高性能的n型聚合物半导体材料。而发展高性能的n型聚合物需要开发高度缺电子的构建单元，目前主要是萘二酰亚胺(NDI)，苝二酰亚胺(PDI)和双噻吩酰亚胺(BTI)为主。但是基于NDI，PDI的聚合物因其扭曲的骨架限制了其载流子迁移率以及在近红外区域的吸收。对于BTI 类聚合物，虽然其具有好的平面结构，但是其LUMO能级相对较高，容易表现出p型特性。
[0003]因此，开发一种具有较好的平面结构，优良的溶解性和高度缺电的分子结构的噻吩酰亚胺类聚合物至关重要。
[0004]现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用，旨在解决现有现有n 型聚合物半导体材料LUMO能级较高、光电性质较差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，其化学结构通式为：其中，R为C1
‑
C60烷基；X为氧原子、硫原子和硒原子中的任意一种；Y为氢原子，氟原子和氯原子中的任意一种； Ar选自单键、C2
‑
C60烯基和C3
‑
C60杂芳环中的任意一种；n的取值为1
‑
50 的整数。
[0008]所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，所述Ar 选自如下化学结构式中的任意一种：
[0009][0010]其中，化学结构式中的虚线代表基团的连接键，R'为C1
‑
C60烷基直链或者烷基侧链。
[0011]所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，其化学结构式为以下中的一种：
[0012][0013]一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0014]将化合物11锡化合物以及钯类催化剂混合，在惰性气氛下，第一次加热至第一预定温度反应第一预定时间；再第二次加热至第二预定温度反应第二预定时间，最后第三次加热至第三预定温度反应第三预定时间，得到反应产物，其中，所述第三预定温度>第二预定温度>第三预定温度；
[0015]待所述反应产物冷却后依次进行过滤和索氏提取，制得所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料。
[0016]所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，所述第一预定温度为75
‑
85℃，第一预定时间为8
‑
12min；和/或，所述第二预定温度为95
‑
105℃，第二预定时间为8
‑
12min；和/或，所述第三预定温度为135
‑
145℃，第三预定时间为2.5
‑
3.5h。
[0017]所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，所述钯类催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯和三(邻甲基苯基)磷中的一种或两种。
[0018]所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，所述钯类催化剂占所述化合物11和锡化合物总摩尔比的1
‑
13％。
[0019]所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，所述化合物11的制备包括步骤：
[0020]将化合物1与氢氧化钾水溶液在混合后，再滴加铁氰化钾水溶液，通过自加成反应生成化合物2
[0021]所述化合物2在加热加压、碱性的条件下发生水解反应，生成化合物 3
[0022]将所述化合物3加入到无机酸溶剂中，在亚硝酸盐作用下发生重氮反应，接着在溴代试剂作用下发生溴代反应生成化合物4
[0023]将所述化合物4加入到醇类溶剂中，在脱水剂作用下通过酯化反应生成化合物5
[0024]将所述化合物5与3
‑
甲酸甲酯噻吩锡衍生物试剂在保护气氛中，由催化剂作用，通过Stille偶联反应得到化合物7
[0025]将所述化合物7在保护气氛和碱存在的条件下，水解再酸化得到化合物8
[0026]将化合物8与氯化亚砜在保护气氛下发生酰氯化反应得到化合物 9
[0027]将化合物9与R
‑
NH2在保护气氛下进行胺化反应得到化合物 10
[0028]将化合物10在保护气氛下经过卤化反应得到化合物 11
[0029]所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，所述脱水剂为盐酸或硫酸；所述醇类溶剂为甲醇或乙醇；所述无机酸溶剂为氢溴酸；所述亚硝酸盐为亚硝酸钠；所述溴代试剂为溴化铜。
[0030]一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料在有机太阳能电池或有机场效应晶体管中的应用。
[0031]有益效果：本专利技术提供了一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其化学结构通式为：在该n型聚合物半导体材料中，噻吩酰亚胺作为基
体具有优良的溶解性和缺电的分子结构，吡嗪环的引入加深了所述苯并噻吩酰亚胺的缺电性，使所制备的n型聚合物半导体LUMO能级更低，可调的光电性质更佳优异，在有机太阳能电池、有机场效应晶体管或有机热电材料具有优异的应用潜力。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例1制备得到的化合物5的核磁共振氢谱图。
[0033]图2为本专利技术实施例1制备得到的化合物5的核磁共振碳谱图。
[0034]图3为本专利技术实施例1制备得到的化合物6的核磁共振氢谱图。
[0035]图4为本专利技术实施例1制备得到的化合物6的核磁共振碳谱图。
[0036]图5为本专利技术实施例1制备得到的化合物10的核磁共振氢谱图。
[0037]图6为本专利技术实施例1制备得到的化合物10的核磁共振碳谱图。
[0038]图7为本专利技术实施例1制备得到的化合物11的核磁共振氢谱图。
[0039]图8为本专利技术实施例1制备得到的化合物11的核磁共振碳谱图。
[0040]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其特征在于，其化学结构通式为：其中，R为C1
‑
C60烷基；X为氧原子、硫原子和硒原子中的任意一种；Y为氢原子，氟原子和氯原子中的任意一种；Ar选自单键、C2
‑
C60烯基和C3
‑
C60杂芳环中的任意一种；n的取值为1
‑
50的整数。2.根据权利要求1所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其特征在于，所述Ar选自如下化学结构式中的任意一种：，其中，化学结构式中的虚线代表基团的连接键，R'为C1
‑
C60烷基直链或者烷基侧链。3.根据权利要求1所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其特征在于，其化学结构式为以下中的一种：
4.一种如权利要求1
‑
3任一所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将化合物11锡化合物以及钯类催化剂混合，在惰性气氛下，第一次加热至第一预定温度反应第一预定时间；再第二次加热至第二预定温度反应第二预定时间，最后第三次加热至第三预定温度反应第三预定时间，得到反应产物，其中，所述第三预定温度>第二预定温度>第三预定温度；待所述反应产物冷却后依次进行过滤和索氏提取，制得所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料。5.根据权利要求4所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其特征在于，所述第一预定温度为75
‑
85℃，第一预定时间为8
‑
12min；和/或，所述第二预定温度为95
‑
105℃，第二预定时间为8
‑
12min；和/或，所述第三预定温度为135
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭旭岗，马苏翔，冯奎，王俊玮，张昊，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：