[发明专利]一种嵌段共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类嵌段共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，已经引起了广大研究者们的兴趣，太阳能电池也随之应运而生。有机聚合物太阳能电池，相比于无机硅太阳能电池而言，具有可塑性和价格低廉等优点，但是能量转换效率还比较低，没有达到应用的要求。所以，设计新的聚合物结构，来提高电池效率，已经成为了当前有机聚合物太阳能电池研究领域的热点问题。综合已经报道过的聚合物有机太阳能电池的文献，其设计的结构主要有以下几种：(i)以聚噻吩为主链，对噻吩的3位侧基进行改变(Hou，J.；Tan，Z.；Yan，Y.；He，Y.；Yang，C.；Li，Y.J.Am.Chem.Soc.，2006，128，4911)；(ii)以PPV(聚对苯撑乙烯)为主链结构，进行结构改进(Shen，P.；Sang，G.；Lu，J.；Zhao，B.；Wan，M.；Zou，Y.；Li，Y.；Tan，S.Macromolecules，2008，41，5716)(iii)以给体-受体为基本单元的共轭聚合物，受体一般为吸电子基团的苯并噻二唑(Peet，J.；Kim，J.Y.；Coates，N.E.；Ma，W.L.；Moses，D.；Heeger，A.J.；Bazan，G.C.Nat.Mater.，2007，6，497)。其中，第三种类型的聚合物被广泛研究，并且得到了较高的效率。但是，以第三种类型的聚合物，往往为了改变溶解性，会在给体单元上引入烷基链侧基，从而降低了聚合物主链的结晶性能，例如文献中以咔唑为给体的聚合物，在咔唑单元上引入两条烷基链，效率仅为3.6％(Blouin，N.；Michaud，A.；Leclerc，M.Adv.Mater.，2007，19，2295.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌段共轭聚合物及其制备方法与应用。

本发明提供的嵌段共轭共聚物，其结构通式如式I所示，

(式I)

式I结构通式中，Ar为苯基、噻吩基、芴基、咔唑基、硅芳香杂环基或噻唑杂环芳香基；

R为C1-C32的烷烃基、C2-C32的烯烃基、C2-C32的炔烃基、醚氧基、烷基链胺或巯基；n为大于等于4且小于等于100的整数。

该嵌段共轭聚合物可为式II或式III结构通式所示；

(式II)

(式III)

式II和式III结构通式中，R′为碳原子数为1-32的饱和烷烃基，n为大于等于4且小于等于100的整数。

本发明提供的制备式II所示嵌段共轭聚合物的方法，是在四(三苯基膦)钯的催化作用下，2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼基-2-亚甲基)-9-烷基-9H-咔唑与所述4，7-二(5-溴代噻吩-2-亚甲基)-5，6-二(烷氧基)-1，2，5-苯并噻二唑进行反应，得到所述嵌段共轭聚合物。

该方法中，2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼基-2-亚甲基)-9-烷基-9H-咔唑与4，7-二(5-溴代噻吩-2-亚甲基)-5，6-二(烷氧基)-1，2，5-苯并噻二唑的摩尔比为1∶0.99-1.05，优选1∶1；所述四(三苯基膦)钯的用量为2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼基-2-亚甲基)-9-烷基-9H-咔唑的摩尔用量的0.8-1.2％。反应温度为100-120℃，反应时间为24-48小时。该反应是在有机溶剂中进行的；所述有机溶剂为四氢呋喃或甲苯中的任意一种或两种以任意比例混合和水的混合物。

本发明提供的制备式III所示嵌段共轭聚合物的方法，是在四(三苯基膦)钯的催化作用下，2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二烷基芴与所述4，7-二(5-溴代噻吩-2-亚甲基)-5，6-二(烷氧基)-1，2，5-苯并噻二唑进行反应，得到所述嵌段共轭聚合物。

该方法中，2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二烷基芴与4，7-二(5-溴代噻吩-2-亚甲基)-5，6-二(烷氧基)-1，2，5-苯并噻二唑的摩尔比为1∶0.99-1.05，优选1∶1；四(三苯基膦)钯的用量为2，7-二(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼烷-2-基)-9，9-二烷基芴的摩尔用量的0.8-1.2％。反应温度为100-120℃，反应时间为24-48小时。该反应是在有机溶剂中进行的；所述有机溶剂为四氢呋喃或甲苯中的任意一种或两种以任意比例混合和水的混合物。