[发明专利]一种基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及共轭聚合物材料，特别涉及一种基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物的制备方法和应用。

背景技术：

除核能外，我们当今所使用的主要能源(包括化石燃料的煤、石油、天然气和水力、风力电能)都来自于太阳对地球的辐照。太阳对地球一天辐照所传递的能量就足以让这个星球上的60多亿居民按现在的能源消费速度使用27年，随着化石燃料的不断耗尽以及环境污染日趋严重，人们不得不寻找清洁的可再生能源作为目前能源的替代品。太阳能在地球上分布广泛，且取之不尽、用之不竭，是一种真正意义上的绿色能源。因此，近年来对太阳能的开发和利用的研究发展尤为迅速。以聚合物材料为基础而制备的有机太阳能电池具有化合物结构可设计性、材料重量轻、制造成本低、加工性能好、可溶液成膜以及可弯曲的性质等优点，近年来备受关注。[(1)Thompson，B.C.；Fréchet，J.M.J.Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，58.(2)Li，C.；Liu，M.；Pschirer，N.G.；Baumgarten，M.；Müllen，K.Chem.Rev.2010，110，6817.(3)Cheng，Y.；Yang，S.；Hsu，C.Chem.Rev.2009，109，5868.(4)Dennler，G.；Scharber，M.C.；Brabec，C.J.Adv.Mater.2009，21，1323.]

卟啉是由四个吡咯环形成的二维环状共轭大分子，广泛存在于自然界和生命体。卟啉具有较好的光化学性质和热稳定性，其高效的捕获光子和传输电子的能力使其可以应用于太阳能电池材料的制备。[(1)Balaban，T.S.Acc.Chem.Res.2005，38，612.(2)Imahori，H.J.Phys.Chem.B2004，108，6130.(3)Kadish，K.M.；E，W.；Zhan，R.；Khoury，T.；Govenlock，L.J.；Prashar，J.K.；Sintic，P.J.；Ohkubo，K.；Fukuzumi，S.；Crossley，M.J.J.Am.Chem.Soc.2007，129，6576]目前，以卟啉共轭聚合物作为给体材料的BHJ太阳能电池已有报道，但光电转化效率都不理想，主要原因在于卟啉特殊的光谱吸收带，卟啉在410-430nm(Soret band)具有极强的吸收，在530-540nm(Q-band)的吸收极弱，在Soret band和Q-band之间没有光谱吸收。因此，通过调整聚合物结构来改善聚合物的光谱吸收性能成为解决效率低下的关键所在。虽然已有不少卟啉类共轭聚合物材料的报道，但目前为止，最高的光电转化效率只有1.04％，[Zhan，H.；Lamare，S.；Ng，A.；Kenny，T.；Guernon，H.；Chan，W.；Djurisic，A.B.Harvey，P.D.；Wong，W.Macromolecules 2011，44，5155.]并且吸收光谱较窄，因此，开发具有宽吸收，低带隙，高效率的新型卟啉类聚合物材料是材料研究领域的重要任务。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物。

本发明的目的之二在于提供一种基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物的制备方法。

本发明的目的之三在于将一种基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物应用于制备聚合物太阳能电池，其能量转化效率比相应的卟啉类共轭聚合物有很大提高，达2.53％。

本发明的目的之四在于提供用于制备基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物的3，4-二溴5，10，15，20-四芳基喹喔啉并[2，3-b]卟啉的制备方法。

本发明所述的基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物具有以下结构：

其中：

R为

M为2H，Zn，Cu，Ni等能够与卟啉络合的所有金属；

B为

D为

其中R₁，R₂，R₃，R₄为相同或不同的H、C₁-C₂₀的烷基、烷氧基、烷基苯基、烷氧苯基；

x，y为1-200之间的整数；

n为1-500之间的整数。

所述的基于喹喔啉卟啉单元共轭聚合物的制备方法，其特征是，该制备方法包括以下步骤：