一种深能级有机光电小分子材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于有机光电材料技术领域，具体提供一种深能级有机光电小分子材料及其制备方法与应用，用以解决现有有机光电小分子材料存在能级不够深的问题。本发明专利技术深能级有机光电小分子材料具有苯并噻二唑与噻吩结构，以苯并噻二唑为中心、以噻吩结构单元为连接、以2

【技术实现步骤摘要】
一种深能级有机光电小分子材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有机光电材料
，涉及有机光电子小分子材料，具体提供一种具有苯并噻二唑与噻吩结构的深能级有机光电小分子材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]有机光电小分子材料具有制备成本低、制备工艺简单、化学结构易于调控、良好的批间重现性、可用于柔性基底和良好的光电性能等优势，已经广泛应用于有机光电探测器、有机太阳能电池等许多领域，随着器件的发展，对有机光电小分子材料的研究也越来越深入。
[0003]在光探测领域，为实现有机光电探测器在环境、通讯、成像、生物医疗等方面的应用，有效探测波长需达到1.5～2.0微米。目前，吸收波长超过1.5微米的光敏材料主要为有机共轭聚合物(Small 2022,18,2200580)，通常作为给体材料；由于该类聚合物给体材料通常具有较深的LUMO能级(
‑
3.90～
‑
4.10eV)，与之匹配的受体材料需要具有更深的LUMO(
‑
4.20～
‑
4.40eV)能级才能实现有效的激子解离。然而，现有作为受体材料的有机光电小分子材料均存在能级不够深的问题，如PC
61
BM(LUMO＝
‑
3.89eV)、PC
71
BM(LUMO＝
‑
3.90eV)、Y6(LUMO＝
‑
3.94eV，J.Am.Chem.Soc.2020,142,36,15246
‑
15251)、IEICO
‑
4F(LUMO＝
‑
4.19eV，Small 2022,18,2200580)，导致器件的外量子效率和响应度很低，限制了有机光电探测器件的性能，从而无法实现有效的应用。因此，研制深能级的有机光电小分子材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有有机光电小分子材料存在能级不够深的问题，提供一种具有苯并噻二唑与噻吩结构的深能级有机光电小分子材料，以及该深能级有机光电小分子材料的制备方法与其在光电探测器中的应用；本专利技术提供的深能级有机光电小分子材料以苯并噻二唑为中心、以噻吩结构单元为连接、以2
‑
(2
‑
亚甲基
‑3‑
氧代
‑
2,3
‑
二氟(或氯、氢)
‑
1H
‑
茚
‑1‑
亚基)丙二腈为末端基团，该深能级有机光电小分子材料的最低未被占据能级(LUMO)低于
‑
4.2eV，即实现深能级，使得基于本专利技术深能级有机小分子材料的器件的外量子效率和响应度显著提高，进而提升有机光电探测器件的性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种深能级有机光电小分子材料，其特征在于，其结构通式为：
[0007][0008]其中，端基单元的X为氢、氟、氯三种元素中的任意一种，R为烷基链。
[0009]上述深能级有机光电小分子材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1.将氟(或氯、氢)代4,7
‑
二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑与三丁基(4
‑
(烷基链)噻吩
‑2‑
基)锡烷溶解于有机溶剂中，并加入催化剂，再于惰性氛围下进行热反应，反应温度为100～120℃、反应时间为12～72小时；反应结束后自然冷却至室温，加入甲醇进行沉析(使固体产物析出)、离心(使用抽滤将固体产物分离)，将离心后得到的固体产物用氯仿溶解，然后进行水洗、干燥，并采用旋转蒸发除去有机相中溶剂，最后采用硅胶柱层析法分离提纯，得到中间化合物A；
[0011]步骤2.将步骤1得到的中间化合物A与N,N
‑
二甲基甲酰胺、三氯氧磷溶解于有机溶剂中，于惰性氛围下进行热反应，反应温度为
‑
20～70℃、反应时间为48～60小时；反应结束后向反应液中滴加弱碱性溶液至整体溶液呈碱性，然后进行萃取、干燥，并采用旋转蒸发除去有机相中溶剂，最后采用硅胶柱层析法分离提纯，得到中间化合物B；
[0012]步骤3.将2
‑
(2
‑
亚甲基
‑3‑
氧代
‑
2,3
‑
二氟(或氯、氢)
‑
1H
‑
茚
‑1‑
亚基)丙二腈与步骤2得到的中间化合物B溶解于有机溶剂中，并加入催化剂，再于惰性氛围下进行热反应，反应温度为30～80℃、反应时间为12～48小时；反应结束后自然冷却至室温，加入甲醇进行沉析、离心，将离心后得到的固体产物用用三氯甲烷溶解，然后采用硅胶柱层析法进行分离提纯，最后进行重结晶提纯，得到所需有机光电小分子材料。
[0013]进一步的，所述中间化合物A的结构通式为：
[0014][0015]所述中间化合物B的结构通式为：
[0016][0017]另外，所述氟(或氯、氢)代4,7
‑
二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑的结构通式为：
[0018][0019]所述三丁基(4
‑
(烷基链)噻吩
‑2‑
基)锡烷的结构通式为：
[0020][0021]所述2
‑
(2
‑
亚甲基
‑3‑
氧代
‑
2,3
‑
二氟(或氯、氢)
‑
1H
‑
茚
‑1‑
亚基)丙二腈的结构通式为：
[0022][0023]进一步的，步骤1中，与三丁基(4
‑
(烷基链)噻吩
‑2‑
基)锡烷的摩尔比为1:2～6，有机溶剂为甲苯、氯苯或邻二氯苯，催化剂为四(三苯基膦)钯Pd(PPh3)4、醋酸钯Pd(OAc)2或二氯二(三苯基膦)钯Pd(PPh3)2Cl2。
[0024]更为优选的，步骤1中，氟(或氯、氢)代4,7
‑
二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑与三丁基(4
‑
(烷基链)噻吩
‑2‑
基)锡烷的摩尔比优选为1:4，有机溶剂优选为甲苯，催化剂优选为四(三苯基膦)钯Pd(PPh3)4。
[0025]进一步的，步骤2中，中间化合物A、N,N
‑
二甲基甲酰胺与三氯氧磷的摩尔比为1:100～200:50～100，有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或1,2
‑
二氯乙烷。
[0026]更为优选的，步骤2中，中间化合物A、N,N
‑
二甲基甲酰胺与三氯氧磷的摩尔比优选为1:200:100，有机溶剂优选为1,2
‑
二氯乙烷。
[0027]进一步的，步骤3中，中间化合物B与2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深能级有机光电小分子材料，其特征在于，其结构通式为：其中，端基单元的X为氢、氟、氯三种元素中的任意一种，R为烷基链。2.按权利要求1所述深能级有机光电小分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将氟(或氯、氢)代4,7
‑
二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑与三丁基(4
‑
(烷基链)噻吩
‑2‑
基)锡烷溶解于有机溶剂中，并加入催化剂，再于惰性氛围下进行热反应，反应温度为100～120℃、反应时间为12～72小时；反应结束后自然冷却至室温，加入甲醇进行沉析、离心，将离心后得到的固体产物用氯仿溶解，然后进行水洗、干燥，并采用旋转蒸发除去有机相中溶剂，最后采用硅胶柱层析法分离提纯，得到中间化合物A；步骤2.将步骤1得到的中间化合物A与N,N
‑
二甲基甲酰胺、三氯氧磷溶解于有机溶剂中，于惰性氛围下进行热反应，反应温度为
‑
20～70℃、反应时间为48～60小时；反应结束后向反应液中滴加弱碱性溶液至整体溶液呈碱性，然后进行萃取、干燥，并采用旋转蒸发除去有机相中溶剂，最后采用硅胶柱层析法分离提纯，得到中间化合物B；步骤3.将2
‑
(2
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亚甲基
‑3‑
氧代
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2,3
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二氟(或氯、氢)
‑
1H
‑
茚
‑1‑
亚基)丙二腈与步骤2得到的中间化合物B溶解于有机溶剂中，并加入催化剂，再于惰性氛围下进行热反应，反应温度为30～80℃、反应时间为12～48小时；反应结束后自然冷却至室温，加入甲醇进行沉析、离心，将离心后得到的固体产物用用三氯甲烷溶解，然后采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：茆睿，袁柳，蒋亚东，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：