[发明专利]一种有机无机杂化纳米材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机无机杂化纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

基于有机染料或者聚合物的有机太阳能电池的能量转化效率最高可达到10%，作为全有机太阳能电池替代品的有机无机杂化纳米材料光电器件近年来受到越来越多的关注(Osuji C. O., et al., Adv. Mater. 2012, 24, 82-87)。这是因为有机无机杂化纳米材料既具有无机半导体材料比较高的电子迁移率和高的电子结合能又具有有机小分子或聚合物材料容易形成大面积器件，制备成本低，质量轻和分子结构可以调控的优点(Yang P., et al., Nano Lett. 2009, 10, 334-340； Sudhagar P., et al., J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2,1984-1990)。然而现在已经报道的有机无机杂化纳米材料器件的性能并没有达到全有机光电器件的最高水平。我们认为在有机无机杂化纳米材料中，有机材料和无机材料的界面问题是制约器件性能的主要因素，因此通过对有机材料和无机材料的界面修饰来加强界面的激子解离和电荷转移，成为提高有机无机杂化纳米材料光电器件性能的主要问题之一(Vaynzof Y., et al., Phys. Rev. Lett., 2012, 108, 246605)。另一个制约有机无机杂化光电器件性能的因素是有机材料和无机材料的能级匹配问题。通过调控有机半导体材料和无机半导体材料的能级来提高电子和空穴两种载流子的分离效率是另一个急需解决的问题。

在目前所制备的有机光电器件中，给受体型（D-A）有机半导体材料已经表现出优异的性能。分子内的给体和受体之间可能发生光诱导的电子转移，并可以通过改变给体和受体的结构以及连接方式实现分子光谱和能级结构的有效调控，所以给受体型有机分子成为一类很有发展前景的有机光电材料(et al., J Am. Chem. Soc.,2001, 123, 3069-3080)。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机无机杂化纳米材料及其制备方法与应用。

本发明所提供的有机无机杂化纳米材料，由给受体型有机化合物和n型无机半导体材料组成；

所述给受体型有机化合物的分子式为如式Ⅰ或式Ⅱ所示，

式Ⅱ，π指的是D基团与A基团之间以共轭键的方式连接；

式Ⅰ和式Ⅱ中，n为1～50之间的自然数，D表示给体基团，其选自下述式Ⅲ-1至式Ⅲ-22中任一种：

式Ⅲ-1至式Ⅲ-22中，R₁为H、卤素、C₁-C₂₀的烷基、卤素取代的C₁-C₂₀的烷基、C₁-C₂₀的烷氧基、卤素取代的C₁-C₂₀的烷氧基、C₁-C₂₀的芳香基、含有取代基的C₁-C₂₀的芳香基、C₁-C₂₀的芳香稠环基或含有取代基的C₁-C₂₀的芳香稠环基，所述芳香基可为噻吩基；

所述含有取代基的C₁-C₂₀的芳香基和所述含有取代基的C₁-C₂₀的芳香稠环基中的取代基均选自卤素、C₁-C₂₀的烷基和C₁-C₂₀的烷氧基中的至少一种；

X₁为O、S或Se；

Y₁为C或Si；

m为1～10之间的自然数；

A表示受体基团，其选自下述式Ⅳ-1至式Ⅳ-10中任一种：