芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料及其制备方法和应用，为四种小分子材料，这四种小分子有着较宽的吸收光谱并且与高效聚合物给体材料PTB7

【技术实现步骤摘要】
芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机小分子受体材料
，具体涉及一种芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在过去的五十年中，电子革命产生了现代农业和灌溉系统。农业系统的改革引发了更多的能源需求，而这些需求基本是由不可再生能源实现的。利用不可再生能源的大规模生产，导致了化石能源以更快的速度消耗，以及大量的温室气体排放。这些气体排放的结果是全球变暖，并为极端的自然灾害铺平了道路。为了避免这种情况继续恶化，目前科学界公认比较好的选择就是使用清洁绿色的可再生能源。而目前被科研人员最广泛关注的则是取之不尽，用之不竭的太阳能清洁能源。那么如何将太阳能资源转化为电能，经过不断地探索与发展，光伏生电成为了如今利用太阳能最重要也是最科学的途径。相比于无机太阳能电池，有机太阳能电池具有重量轻、成本低、制作工艺简单、可大面积柔性制备、环境友好等突出优点而备受关注。特别是近几年出现发展的非富勒烯稠环小分子受体材料，让我们更加对有机太阳能电池的发展前景充满希望，随着效率的不断提高，肯定在不远的将来可以实现产业化，迈入新纪元。
[0003]中国专利ZL201610765785.0公开了一种基于多稠环类的非富勒烯太阳能电池受体材料，将其用于聚合物太阳能电池中，获得了6.3 5％的能量转换效率。中国专利ZL201710878172.2公开了一种宽带隙星型非富勒烯小分子受体材料，将其用于聚合物太阳能电池中，能量转换效率达到了10.14％。它们对提高聚合物太阳能电池的光电转化效率均具有积极的指导意义。非富勒烯有机小分子受体材料的开发，弥补了富勒烯为受体的有机太阳能电池表现出的严重缺点，然而，非富勒烯小分子受体的设计与研究仍面临着巨大的挑战：1.大多数非富勒烯小分子受体的电子迁移率低于典型的富勒烯受体材料；2.诸多已知的高效聚合物给体材料和非富勒烯小分子受体如何合理的匹配、优化是个巨大的工程；3.高性能非富勒烯电子受体材料存在种类较少等问题。积极寻找和开发新型非富勒烯小分子受体材料，对有机太阳能电池的实际应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中给体材料和非富勒烯小分子受体不易于匹配的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，将1,3,6,8
‑
四溴芘化合物与高碘酸钠混合后进行酮化反应，得到中间化合物a；
[0008]步骤2，以乙酸为溶剂，中间化合物a与1,2苯二胺混合后进行缩合反应，得到中间化合物b；
[0009]步骤3，以1,4二氧六环为溶剂，中间化合物b与联硼酸频那醇酯混合后进行硼酸酯化反应，得到中间化合物c；或者是，
[0010]以四氢呋喃为溶剂，中间化合物b与三甲基甲硅烷基乙炔混合后进行TMS化反应，得到中间化合物d；以四氢呋喃为溶剂，中间化合物d与四丁基氟化铵混合后进行脱TMS反应，得到中间化合物e；
[0011]步骤4，中间化合物c与PDI
‑
T
‑
Br进行铃木偶联反应，获得PyBTPDI；
[0012]或，中间化合物c与TDI进行铃木偶联反应，获得PyBTTDI；
[0013]或，中间化合物e与PDI
‑
T
‑
Br进行铃木偶联反应，获得PyBTPDIE；
[0014]或，中间化合物e与TDI进行铃木偶联反应，获得PyBTTDIE；
[0015]所述PyBTPDI、PyBTTDI、PyBTPDIE和PyBTTDIE均为芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：
[0017]优选的，步骤1中，将1,3,6,8
‑
四溴芘、高碘酸铵和RuCl3.xH2O混合搅拌后加入CH3CN和H2O，在110～120℃反应15～24小时，反应结束后蒸发去除有机溶剂，将挥发产物抽滤后，洗涤得到中间化合物a；其中1,3,6,8
‑
四溴芘、高碘酸铵和RuCl3.xH2O的质量比为：3.37～6.74g：13.25～26.50g：135～270mg；所述1,3,6,8
‑
四溴芘、CH3CN和H2O的混合比例为：3.37～6.74g：150～300mL：33.76～67.50mL。
[0018]优选的，步骤2中，混合中间化合物a和1,2苯二胺后加入乙酸，在110～120℃反应9～10小时，反应结束后抽滤去除乙酸，洗涤抽滤产物后得到中间体b；所述中间化合物a、1,2苯二胺和乙酸的混合比例为1.4～2.8g：0.54～1.08g：245～490mL。
[0019]优选的，步骤3中，将1,4二氧六环、中间化合物b、联硼酸频那醇酯、1,1'
‑
双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和醋酸钾混合，在80～90℃反应40～50小时，反应结束后将反应产物至于甲醇中进行第一次抽滤，将第一次抽滤产物通过甲苯热洗，将热洗产物再次通过甲醇进行第二次抽滤，将第二次抽滤产物通过三氯甲烷热洗，将热洗产物抽滤后蒸发，蒸发产物通过甲醇甲苯洗至紫外光下无蓝光，获得中间化合物c；1,4二氧六环、中间化合物b、联硼酸频那醇酯、1,1'
‑
双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和醋酸钾的混合比例为：9～18mL：150～300mg：425～850mg：15.25～30.50mg：61.30～122.60mg。
[0020]优选的，步骤3中，将四氢呋喃、二异丙胺和中间化合物b混合后，在0℃下搅拌10～15分钟后，在反应体系中加入PdCl 2
(PPh 3
)2、CuI和PPh 3
，将反应体系在0℃下搅拌20～30分钟后，加入三甲基甲硅烷基乙炔，反应体系在60～70℃反应40～50小时；将反应得到的体系萃取，将萃取产物洗涤干燥后获得中间化合物d；四氢呋喃、二异丙胺、中间化合物b、PdCl 2
(PPh 3
)2、CuI和PPh 3
的混合比例为：21.50～42.10mL:21.50～43.00mL:1.5～3.0g:145.6～291.2mg:39～78mg:108.8～217.6mg。
[0021]将四氢呋喃、中间化合物d和TBAF混合后，在20～30℃下反应1～1.5h后，将反应后的体系抽滤，将抽滤产物洗涤干燥后获得中间化合物e；四氢呋喃、中间化合物d和TBAF的混合比例为：4.35～9.70mL:60～120mg:0.31～0.62mmol。
[0022]优选的，步骤4中，中间化合物c与PDI
‑
T
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Br进行铃木偶联反应的过程为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将1,3,6,8
‑
四溴芘化合物与高碘酸钠混合后进行酮化反应，得到中间化合物a；步骤2，以乙酸为溶剂，中间化合物a与1,2苯二胺混合后进行缩合反应，得到中间化合物b；步骤3，以1,4二氧六环为溶剂，中间化合物b与联硼酸频那醇酯混合后进行硼酸酯化反应，得到中间化合物c；或者是，以四氢呋喃为溶剂，中间化合物b与三甲基甲硅烷基乙炔混合后进行TMS化反应，得到中间化合物d；以四氢呋喃为溶剂，中间化合物d与四丁基氟化铵混合后进行脱TMS反应，得到中间化合物e；步骤4，中间化合物c与PDI
‑
T
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Br进行铃木偶联反应，获得PyBTPDI；或，中间化合物c与TDI进行铃木偶联反应，获得PyBTTDI；或，中间化合物e与PDI
‑
T
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Br进行铃木偶联反应，获得PyBTPDIE；或，中间化合物e与TDI进行铃木偶联反应，获得PyBTTDIE；所述PyBTPDI、PyBTTDI、PyBTPDIE和PyBTTDIE均为芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料。2.根据权利要求1所述的芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，将1,3,6,8
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四溴芘、高碘酸铵和RuCl3.xH2O混合搅拌后加入CH3CN和H2O，在110～120℃反应15～24小时，反应结束后蒸发去除有机溶剂，将挥发产物抽滤后，洗涤得到中间化合物a；其中1,3,6,8
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四溴芘、高碘酸铵和RuCl3.xH2O的质量比为：3.37～6.74g：13.25～26.50g：135～270mg；所述1,3,6,8
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四溴芘、CH3CN和H2O的混合比例为：3.37～6.74g：150～300mL：33.76～67.50mL。3.根据权利要求1所述的芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，混合中间化合物a和1,2苯二胺后加入乙酸，在110～120℃反应9～10小时，反应结束后抽滤去除乙酸，洗涤抽滤产物后得到中间体b；所述中间化合物a、1,2苯二胺和乙酸的混合比例为1.4～2.8g：0.54～1.08g：245～490mL。4.根据权利要求1所述的芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，将1,4二氧六环、中间化合物b、联硼酸频那醇酯、1,1'
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双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和醋酸钾混合，在80～90℃反应40～50小时，反应结束后将反应产物至于甲醇中进行第一次抽滤，将第一次抽滤产物通过甲苯热洗，将热洗产物再次通过甲醇进行第二次抽滤，将第二次抽滤产物通过三氯甲烷热洗，将热洗产物抽滤后蒸发，蒸发产物通过甲醇甲苯洗至紫外光下无蓝光，获得中间化合物c；1,4二氧六环、中间化合物b、联硼酸频那醇酯、[1,1'
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双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯和醋酸钾的混合比例为：9～18mL：150～300mg：425～850mg：15.25～30.50mg：61.30～122.60mg。5.根据权利要求1所述的芘稠环核类非富勒烯有机小分子受体材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，将四氢呋喃、二异丙胺和中间化合物b混合后，在0℃下搅拌10～15分钟后，在反应体系中加入PdCl 2
(PPh 3
)2、CuI和PPh 3
，将反应体系在0℃下搅拌20～30分钟后，加入三甲基甲硅烷基乙炔，反应体系在60～70℃反应40～50小时；将反应得到的体系萃取，将萃取产物洗涤干燥后获得中间化合物d；四氢呋喃、二异丙胺、中间化合物b、PdCl 2
(PPh 3
)2、CuI和PPh 3
的混合比例为：21.50～42.10mL:21....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鉴勇，雷征，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：