一种基于D-π-IC型的聚合物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于分子技术领域，具体涉及一种基于D

【技术实现步骤摘要】
一种基于D
‑
π
‑
IC型的聚合物材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于分子
，具体涉及一种基于D
‑
π
‑
IC型的聚合物材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与传统的无机硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池(OSCs)少了一个空格具有质量轻，原料来源广泛，化合物结构可设计且容易进行物理改性等显著优势。与小分子材料相比，聚合物的形态性能和机械性能更加稳定、并且可大面积制备柔性和半透明器件，因此基于聚合物制备得到的有机太阳能电池(即聚合物太阳能电池)得到了学术界和工业界的广泛关注，是重要的前沿研究领域(X.Guo,et.al,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,2021,60,2322；J.Wu,et.al,Nat.Commun.,2020,11,4612；S.Park,et.al.Son,Adv.Mater.,2020,32,e2002217；F.Peng,et.al,ACS Energy Letters 2020,5,3702；K.An,et.al,Sci.China Chem.,2021,64,2010；H.Chen,et.al,Nat.Energy,2021,6,1045.)。
[0003]得益于小分子受体(SMAs)的快速发展以及“小分子受体高分子化”的概念(Polymerized Small Molecule Acceptors，PSMAs)的提出和应用，全聚合物太阳能电池(All
‑
PSCs)的功率转换效率(PCEs)已经超过了17％。(J.Du,et.al,Nat.Commun.,2021,12,5264；L.Ma,et.al,Nat.Commun.,2021,12,5093；Z.G.Zhang,Y.Li,Angew.Chem.Int.Ed.,2021,60,4422；Q.Fan,et.al,2020,4,658；J.Wu,et.al,Adv.Energy Mater.2021,11,2102648；Q.Fan,et.al,Angew.Chem.Int.Ed.,2021,60,15935.)。
[0004]然而，除了光电转效率(PCEs)外，有机太阳能电池(OSCs)的商业化应用仍需满足高稳定性和低成本的要求。目前存在的高效聚合物受体材料(如Y
‑
系列聚合物受体)普遍存在分子结构复杂，合成困难，成本高等问题，限制了OSCs的进一步商业化发展。(S.Song,et.al,Sci.China Chem.,2021,64,1441；Q.Fan,et.al,Sci.China Chem.,2021,641380；Y.N.Chen,et.al,Angew.Chem.Int.Ed.,2020,59,22714.)。
[0005]因此，除了不断开发高效的光伏材料以提高OSCs的PCEs外，应同时着力于开发一些简便的合成策略，例如简化分子结构和合成路线，从而降低光伏材料的合成成本，实现效益最大化。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是提供一种新型的聚合物材料，包括D单元、π桥和IC单元，其结构通式如下：
[0007][0008]其中，D单元为给电子基团，IC单元为吸电子基团，由π桥进行连接，通过聚合手段获取的具备n个重复D
‑
π
‑
IC型单元的聚合物材料；
[0009]n选自1
‑
5000中的任一自然数；
[0010]所述D单元为下述结构式中的任意一种：
[0011][0012]其中，R1‑
R4独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；
[0013]X1和X2独立选自N、O、S或Se；
[0014]所述π桥选自下述结构式中的任意一种：
[0015][0016]其中，R5‑
R8独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；
[0017]X3和X4独立选自N、O、S或Se；
[0018]所述IC单元为下述结构式中的任意一种：
[0019][0020]其中，R9‑
R
13
独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、酯基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基或卤素。
[0021]优选的，所述基于D
‑
π
‑
IC的聚合物材料的数均分子量为1000
‑
1000000。
[0022]优选的，所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料的结构通式如下：
[0023][0024]其中，R3、R4、R
14
和R
15
独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；
[0025]X1和X2独立选自N、O、S或Se；
[0026]Y1和Y2独立选自F、Cl或Br。
[0027]进一步地，所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料的结构通式如下：
[0028][0029]其中，R3‑
R6、R
14
和R
15
独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；
[0030]X1‑
X3独立选自N、O、S或Se；
[0031]Y1和Y2独立选自F、Cl或Br。
[0032]本专利技术还提供一种上项所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033](1)将所述π桥溶解后加入含溴化合物，反应后制得化合物a；
[0034](2)将所述化合物a溶解后加入拔氢试剂，反应后加入有机溶剂，制得化合物b；
[0035](3)将所述化合物b、IC单元和催化剂Ⅰ溶解，反应后制得化合物c；
[0036](4)将所述化合物c、D单元和四(三苯基膦)钯混合溶解，反应后制得所述基于D<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于D
‑
π
‑
IC型的聚合物材料，其特征在于，包括D单元、π桥和IC单元，其结构通式如下：n选自1
‑
5000中的任一自然数；所述D单元为下述结构式中的任意一种：其中，R1‑
R4独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；X1和X2独立选自N、O、S或Se；所述π桥选自下述结构式中的任意一种：其中，R5‑
R8独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；X3和X4独立选自N、O、S或Se；所述IC单元为下述结构式中的任意一种：
其中，R9‑
R
13
独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、酯基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基或卤素。2.根据权利要求1所述的基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料，其特征在于，所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料的结构通式如下：其中，R3、R4、R
14
和R
15
独立选自氢、C1
‑
C30烷基、C1
‑
C30烷氧基、C1
‑
C30硅氧烷基、酯基、芳基或取代芳基、芳烷基、卤代烷基、杂烷基、卤素或烯基，所述取代芳基的取代方式为单键、双键、三键或其组合；X1和X2独立选自N、O、S或Se；Y1和Y2独立选自F、Cl或Br。3.根据权利要求2所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料，其特征在于，所述基于D
‑
π
‑
IC型聚合物材料的结构通式如下：其中，R3‑
R6、R
14
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【专利技术属性】
技术研发人员：张茂杰，肖海芹，国霞，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：