一种非稠环受体小分子材料及其合成方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种由烷氧基噻吩和苯并噻二唑或其衍生物为中间核心单元所构成的非稠环受体小分子材料、及其合成方法、及其在有机光伏器件中的应用。本发明专利技术提供的的受体小分子，由于烷氧基噻吩单元和中间苯并噻二唑单元或其衍生物之间所构成的多重非共价键相互作用，使得其具有优良的分子平面特性，有利于分子间形成较为紧密的堆叠结构，提高载流子的传输性能；本发明专利技术提供的受体小分子合成步骤简单，且光谱响应范围广(500

【技术实现步骤摘要】
一种非稠环受体小分子材料及其合成方法及其应用


[0001]本专利技术涉及有机高分子半导体材料
，具体涉及一种非稠环受体小分子材料及其合成方法及其应用。

技术介绍

[0002]近些年来，基于稠环核心的一系列非富勒烯受体分子的快速发展，使得有机光伏器件的光电转换效率突飞猛进，目前最高效率已突破20％。基于稠环核心的受体分子有着优异的平面特性，使得分子间倾向于形成较为紧密的分子堆叠，并且也可以通过调节不同的烷基链，在不影响分子有效堆叠的条件下改善受体分子的溶液加工特性。但是，稠环型受体的合成步骤较为繁多且复杂，这将不利于有机光伏器件进一步降低其制造成本，同时也会阻碍有机光伏器件的商业化进程。而非稠环型受体小分子的合成步骤相对较少，结构单元的替换也更为方便，所以能否设计出既简单又高效的受体小分子对于有机光伏领域的发展具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种非稠环受体小分子材料及其合成方法及其应用，该材料合成步骤简单，不同的结构单元也可以灵活替换，可以实现能级以及吸收范围的调控，从而满足不同的应用需求。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种由烷氧基噻吩和苯并噻二唑或其衍生物所构建的非稠环受体小分子，具有式Ⅰ所示结构：
[0006][0007]式Ⅰ中，X为氧、硫或硒；Y为氢、氟、氯、溴或碘；
[0008]式Ⅰ中，R包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基，进一步优选，R可选择如下化学结构式中的一种：
[0009][0010]式Ⅱ中，R
’
包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基，进一步优选，R
’
可选择如下化学结构式中的一种：
[0011][0012]优选地，Ar为优选地，Ar为
[0013]所述Ar中，R1包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基；
[0014]所述Ar中，X1为氧、硫或硒。
[0015]优选地，A为优选地，A为
[0016]所述A中，R2包括C1
‑
C100直链烷基、C3
‑
C100的支链烷基以及C3
‑
C6的环烷基；进一步优选，R2可选择如下化学结构式中的一种：
[0017][0018]所述A中，X2为氢、氟、氯、溴或碘。
[0019]优选地，所述非稠环受体小分子材料包括：
[0020][0021]本专利技术提供了上述技术方案所述非稠环受体小分子的制备方法，包括以下步骤：
[0022]1)以3
‑
甲氧基噻吩为原料，在无水硫酸氢钠催化作用下进行烷基化反应，制备具有不同烷基链的中间体1，结构如式Ⅲ所示；
[0023][0024]2)将所述具有式Ⅲ所示结构的中间体1和苯并噻二唑或其衍生物混合，在醋酸钯和乙酸钾催化下，进行直接芳基化反应，得到具有式Ⅳ所示结构的中间体2；
[0025][0026]3)将所述具有式Ⅳ所示结构的中间体2进行Vilsmeier
‑
Haack反应，得到具有式
Ⅴ
所示结构的中间体3；
[0027][0028]4)将所述具有式
Ⅴ
所示结构的中间体3和3
‑
(二氰基亚甲基)茚
‑1‑
酮或其它的受体单元进行混合，通过Knoevenagel反应得到所述简单非稠环受体小分子材料。
[0029]本专利技术提供了一种有机光伏电池器件，包括活性层。活性层包括电子给体材料以
及上述的一种非稠环受体小分子材料。
[0030]作为优选，所述活性层中的电子给体材料包括以下化学结构式中的一种：
[0031][0032]本专利技术提供的非稠环受体小分子利用了烷氧基噻吩和苯并噻二唑或其衍生物之间的多重非共价键相互作用，使得非稠环受体小分子也可以具备非常优异的平面特性。同时，由于烷氧基噻吩和中间苯并噻二唑或其衍生物单元之间较强的D
‑
A效应，使得该受体小分子在近红外区有着较宽的吸收，可以与目前先进的给体材料形成互补吸收，以实现对于整个太阳光谱的充分利用。
[0033]在本专利技术中，所述非稠环受体小分子主要由烷氧基噻吩和苯并噻二唑或其衍生物构成了中间核心单元，两侧还有可供替换的芳香单元。能级以及其吸收范围可以通过替换不同的结构单元来进行调控。中间的核心单元保证了整个受体分子有着良好的平面特性，有利于分子间进行紧密的堆叠。本专利技术提供的非稠环受体小分子吸收范围广，与给体能级匹配，并且合成步骤简单，基于此，有望构筑出既简单又高效的有机光伏材料。
附图说明
[0034]图1为有机太阳电池在光照下的电流
‑
电压曲线。
具体实施方式
[0035]下面结合若干实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明：
[0036]实施例1
[0037]制备非稠环受体小分子BIOT2F
‑
C6C8，其合成路线如下：
[0038][0039](1)单体1的合成：将无水硫酸氢钠(526mg，4.38mmol)加入至预先干燥好的三颈烧瓶中，随后进行三次抽真空充氮气的操作。在氮气氛围下，依次加入3
‑
甲氧基噻吩(5g，43.8mmol)，甲苯(100mL)以及2
‑
己基
‑1‑
癸醇(15.9g，65.7mmol)。随后升温至115℃，回流反应18h。待反应冷却至室温后，倒入250mL水中，并用二氯甲烷萃取三次。之后用无水硫酸镁干燥有机相再进行过滤。用旋转蒸发仪除去多余的溶剂，再用石油醚作为洗脱剂，通过硅胶柱层析进行提纯，即可得无色透明的油状液体，即单体1。(9.9g，30.5mmol，60％yield)。
[0040](2)单体2的合成：先将4,7
‑
二溴苯并[c]‑
1,2,5
‑
噻二唑(423mg，1.44mmol)，醋酸钯(16.2mg，0.07mmol)，醋酸钾(988.5mg，10.0mmol)和四丁基溴化铵(TBAB)(1.39g，4.3mmol)加入至预先干燥好的双颈烧瓶中，随后进行三次抽真空充氮气的操作。在氮气氛围下，加入单体1(1.4g,4.32mmol)。单体1加入完毕后，再进行三次抽换气操作。最后加入N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)15mL，并升温至55℃反应7h。待反应液冷却至室温后，倒入150mL水，用二氯甲烷萃取三次，收集有机相，并用无水硫酸镁进行干燥。用旋转蒸发仪除去多余的溶剂，再用石油醚/二氯甲烷(v/v＝1:0.1)作为洗脱剂，通过硅胶柱层析进行提纯，即可得橙红色的粘稠油状液体，即单体2。(668.4mg，0.855mmol，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非稠环受体小分子材料，其特征在于，具有式Ⅰ或式Ⅱ所示结构：式Ⅰ中，X为氧、硫或硒；Y为氢、氟、氯、溴或碘；式Ⅰ中，R包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基，式Ⅱ中，R
’
包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基。2.根据权利要求1所述的非稠环受体小分子材料，其特征在于，所述R选择如下化学结构式中的一种：3.根据权利要求1所述的非稠环受体小分子材料，其特征在于，所述R
’
选择如下化学结构式中的一种：4.根据权利要求1所述的非稠环受体小分子材料，其特征在于，Ar为4.根据权利要求1所述的非稠环受体小分子材料，其特征在于，Ar为中的一种；所述Ar中，R1包括C1
‑
C100直链烷基以及C3
‑
C100的支链烷基；所述Ar中，X1为氧、硫或硒。5.根据权利要求1所述的非稠环受体小分子材料，其特征在于，A为
中的一种；所述A中，R2包括C1
‑
C100直链烷基、C3
‑
C100的支链烷基以及C3
‑
C6的环烷基；所述A中，X2为氢、氟、氯、溴或碘。6.根据权利要求5所述的非稠环受体小分子材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明，王硕军，栗彬育，马在飞，唐正，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：