[发明专利]含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料及其制备方法和应用。

【背景技术】

能源问题是世界各国十分关注的重大问题。太阳能是未来人类最理想的替代能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池也因此成为研究的热点。共轭聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等突出优点。此外，有机材料种类繁多、可设计性强，有希望通过材料的设计和优化来提高太阳能电池的性能。

材料的设计和优化能够调节光谱吸收、HOMO能级、LUMO能级、以及共轭聚合物的传输性能等特性，而这些对太阳光谱吸收，载流子产生，以及在各自电极上收集载流子，产生电流有着极为重要的作用。在过去十年里，给受体体系共轭聚合物获得了快速发展，经过不断地研究证明，给受体体系能够有效地调节有机半导体的HOMO和LUMO能级及带隙。蒽醌衍生物因其优良的光电性能、易修饰性、宽吸收及良好的热稳定性等优点近年来受到研究者们的普遍关注。但有关蒽醌共轭聚合物在光电材料方面的研究至今鲜见报道。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料及其制备方法。

一种含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料，具有如下结构式P：

其中，R¹为C₈～C₂₀的烷基；

-Ar-为：

R²为C₁～C₁₂的烷基；

n为2～100的整数。

上述含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料具有良好溶解性、成膜性、以及较高的热稳定性，HOMO能级和LUMO能级得到有效地调节，光吸收范围变宽，能量转换效率得到了大幅度的提高。

一种含氰基蒽醌单元的共轭聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

提供或制备如下结构式表示的化合物A以及Ar对应的化合物：

Ar对应的化合物为

其中，R¹为C₈～C₂₀的烷基，R²为C₁～C₁₂的烷基；

无氧条件下，将Ar对应的化合物与化合物A在溶剂中进行Heck反应，Ar对应的化合物与化合物A的摩尔比为1∶1～1∶2，生成化合物P，反应式如下：

其中，n为2～100的整数。

优选的，所述Heck反应的条件如下：

溶剂：N，N-二甲基甲酰胺和三乙胺的混合物；

催化剂：有机钯与有机膦配体的混合物，其中，有机钯催化剂的摩尔数为化合物A的1％～20％，有机钯与有机膦配体的摩尔比为1∶2～1∶20；反应温度：90℃～110℃；反应时间：48小时～72小时。

优选的，所述有机钯为醋酸钯，所述有机膦配体为P(o-tol)₃。

优选的，还包括得到所述化合物P后的纯化过程，具体步骤如下：

将含有所述化合物P的Heck反应产物加入到甲醇溶液中沉析，过滤后收集沉淀，依次用甲醇和正己烷洗涤所述沉淀，再加氯仿溶解沉淀，收集氯仿溶液后旋转蒸发溶剂，得到纯化后的所述化合物P。

优选的，所述化合物A的制备过程如下：

提供如下结构式表示的化合物D：

碳酸钾存在的条件下，将化合物D和化合物Br-R¹在二甲基甲酰胺溶剂中混合反应得到化合物E，反应式如下：

其中，Br-R¹为烷烃的一溴代物，R¹为C₈～C₂₀的烷基；

醋酸和氯仿作溶剂，将化合物E和碘及碘酸混合反应得到化合物F，反应式如下：

氯仿和吡啶作溶剂，将化合物F、丙二腈及四氯化钛混合反应得到所述化合物A：

反应式如下：

优选的，所述Ar对应的化合物的制备过程如下：

提供如下结构式表示化合物B：

B为

其中，R²为C₁～C₁₂的烷基；