聚噻吩衍生物及其合成方法技术

一种化工技术领域的聚噻吩衍生物及其合成方法，通过引入了强吸电子的二酰亚胺基团，大大降低了聚合物的ＨＯＭＯ能级，同时聚合方法简单、聚合条件温和。本发明专利技术的可溶性聚噻吩衍生物，是使用于光电组件上，如：有机薄膜晶体管、有机发光二极管或有机太阳能电池，该方法制成产物的结构式为：

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种化工
的衍生物及其制备，具体是一种聚噻吩衍生物 及其合成方法。
技术介绍
聚合物太阳能电池，具有材料来源广泛、重量轻、制备工艺简单、可大面积成膜、柔 性等优点而成为人们近年来关注的热点。己基取代聚噻吩(P3HT)是一种目前最广泛应用 的高效率聚合物光伏材料，这种材料不仅具有良好的溶解性能，而且规整的P3HT还表现出 良好的自组装性能和结晶性能。自组装之后的器件的性能以及效率可以得到明显改善和提尚ο经过对现有技术的检索发现，Li，G.，ShrotriyaV. ,HuangiJ. ,Yao,Y. ,Moriarty, T.，Emery, K. ；Yang，Y. High-efficiency solution processable polymer photovoltaic cells by self-organization of polymer blends，Natu. Mater. 4，864-868 (2005) ·(通过 自组装得到的高性能可溶液加工的聚合物太阳能电池)以及He，Y.，Chen, H.，Hou, J.，Li， Y.，Indene-C60 bisadduct :a new acceptor for high-performance polymer cells, J. Am. Soc. Chem. 132，1377-1382(2010).( 一种茚-C6tl作为新的电子给体所得到的高性能的聚合 物太阳能电池)记载了基于退火后自组装的P3HT所制备的太阳能电池在模拟太阳光下的 能量转换效率已经达到5%左右。但是P3HT的Η0Μ0能级比较高，大约在_5. 2eV，这样导致 开路电压比较低，也只有0. 65V左右，大大限制了在能量转化效率上的提高。这样对聚三烷 基噻吩的改进以降低Η0Μ0能级进而有望提高能量转化效率一直是人们关注的热点。进一步检索发现，Scharber, M. C.，Muhlbacher, D.，Koppe, M.，Denk, P.，Waldauf, C. , Heeger, A. J. , Brabec, C. J. , Design rules for donors in bulk—heterojunction solar ce11s — towards10 % energy-coversion efficiency, Adv.Mater. 18, 789-794(2006).(能量转化效率达10%的本体异质结太阳能电池给体材料的设计规则)以 及 Cheng, Y. J. , Yang, S. H. , Hsu, C. S.Synthesis of conjugated polymers for organic solar cell applications, Chem. Rev. 109，5866-5923 (2009).(应用于有机太阳能电池的 共轭聚合物的合成)中记载了有机太阳能电池能量转化效率是与开路电压、短路电流、填 充系数三者相关，其中开路电压是由电子给体材料的Η0Μ0能级和电子受体材料的LUMO能 级决定的。现在，降低电子给体的Η0Μ0能级是提高开路电压和能量转化效率的方法之一。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种，通 过简单的聚合方法(三氯化铁氧化聚合)制备得到可溶性聚噻吩衍生物，本专利技术合成的可 溶性聚噻吩衍生物的创新之处就在于在噻吩单元中引入了强吸电子的二酰亚胺基团，强吸 电子基团的引入使得聚合物的Η0Μ0能级下降，最终得到低Η0Μ0能级聚合物材料，比以前报 道的聚三烷基噻吩的Η0Μ0能级整整下降了 0. 5eV，解决了聚三烷基噻吩由于Η0Μ0能级低而导致开路电压相对较低的问题。同时聚合物有良好的结晶性能，必将成为一种新型的光电 材料。合成的新型聚噻吩衍生物适用于如有机薄膜晶体管或有机太阳能电池的光电组件 上。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术涉及一种聚噻吩衍生物，其结构式为 其中η为重复单元数目，η大于或等于1，R1和R2的取值如下a) R1为氢，R2为C8-C18的直链或C8-C22的支链烷烃；或b) R1为C6-C12的直链烷烃，R2为C6-C12的直链烷烃。本专利技术涉及上述聚噻吩衍生物的合成方法，通过在噻吩中引入二酰亚胺基团得到 含有二酰亚胺的噻吩单体，再溶入氯仿中进行自聚反应后，用甲醇沉淀、氨水洗，最后索氏 提取法得到所述聚噻吩衍生物。所述的在噻吩中引入二酰亚胺基团得到含有二酰亚胺的噻吩单体是指将含有二 Pd2dba3和配体AsPh3加入耐压瓶中，与有机溶剂混合后加温反应后，经二氯甲烷萃取，并干 燥有机层后旋干，最后用石油醚二氯甲烷=1 30经柱层析分离得到黄色的噻吩单体所述的有机溶剂是指四氢呋喃；所述的加温反应是指在80°C环境下反应36小时。所述的自聚反应是指将噻吩单体与氯仿搅拌后加入无水三氯化铁，并在室温下 反应24小时；所述的用甲醇沉淀、氨水洗是指采用甲醇沉淀自聚反应的产物并抽滤得固体，在 氨水中搅拌3小时后重复用甲醇抽滤。本专利技术中可溶聚噻吩衍生物中引入了强吸电子的二酰亚胺基团，大大降低了聚合 物的HOMO能级，同时聚合方法简单、聚合条件温和。本专利技术的可溶性聚噻吩衍生物，是使用 于光电组件上，如有机薄膜晶体管、有机发光二极管或有机太阳能电池。附图说明图1为本专利技术产物的电化学测试图。图2为本专利技术产物的紫外光谱图。图3为本专利技术产物的热重分析图。图4为实施例流程1制备示意图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。聚合前单体S流程1如图4所示，化合物6、7采用文献方法制备而得，详细的制备方法参见文献报导 (Org. Lett. 2004，6，3381-3384.)。将化合物 6 (4. 17mmol)和化合物 7 (10. 43mmol)，催化剂 Pd2dba3(0. 076g，0. 0834mmol)和配体 AsPh3(0. 051g，0. 01668mmol)加入耐压瓶中，同时加 入20mL四氢呋喃，80°C反应36小时。加入水，用二氯甲烷萃取，干燥有机层，旋干用石油 醚二氯甲烷=1 30过柱子得黄色固体S(产率80. 5%)。以下实施例制备产物的结构式如下 实施例1合成聚合物Pl流程2 如上式所示，叙述制备聚合物Pl的步骤。在IOOmL玻璃反应瓶中加入Immol聚合 物前单体S，再加入60mL干燥的氯仿，搅拌并加入4mmol无水三氯化铁，室温下反应24小时 后停止反应，倒入200mL甲醇中沉淀，抽滤得固体，在氨水中搅拌3小时，再抽滤。用甲醇， 正己烷索氏提取聚合物，最后用氯仿溶解聚合物，最后再用甲醇沉淀得紫色聚合物P1。实施例2合成聚合物P2-P7P2-P7按照流程2的合成方法，在IOOmL玻璃反应瓶中加入Immol聚合物前单体， 再加入60mL干燥的氯仿，搅拌并加入4mmol无水三氯化铁，室温下反应24小时后停止反 应，倒入200mL甲醇中沉淀，抽滤得固体，在氨水中搅拌3小时，再抽滤。用甲醇，正己烷索 氏提取聚合物，最后用氯仿溶解聚合物，最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚噻吩衍生物，其特征在于，其结构式为：　　＊＊＊，　　其中：ｎ为重复单元数目，ｎ大于或等于１，Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］的取值如下：　　ａ）Ｒ↓［１］为氢，Ｒ↓［２］为Ｃ↓［８］－Ｃ↓［１８］的直链或Ｃ↓［８］－Ｃ↓［２２］的支链烷烃；或ｂ）Ｒ↓［１］为Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１２］的直链烷烃，Ｒ↓［２］为Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１２］的直链烷烃。

【技术特征摘要】
一种聚噻吩衍生物，其特征在于，其结构式为其中n为重复单元数目，n大于或等于1，R1和R2的取值如下a)R1为氢，R2为C8 C18的直链或C8 C22的支链烷烃；或b)R1为C6 C12的直链烷烃，R2为C6 C12的直链烷烃。FDA0000024738830000011.tif2.一种根据权利要求1所述的聚噻吩衍生物的合成方法，其特征在于，通过在噻吩中 引入二酰亚胺基团得到含有二酰亚胺的噻吩单体，再溶入氯仿中进行自聚反应后，用甲醇 沉淀、氨水洗，最后索氏提取法得到所述聚噻吩衍生物。3.根据权利要求2所述的聚噻吩衍生物的合成方法，其特征是，所述的在噻吩中 引入二酰亚胺基团得到含有二酰亚胺的噻吩单体是指将含有二酰亚胺基团的化合物 以1 2. 5的摩尔比混合后与催化剂P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国兵，张清，胡超，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]