[发明专利]一种超低能带隙给体-受体共轭聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可溶液加工的超低能带隙的给体-受体聚合物材料，具体的是一种超低能带隙给体-受体共轭聚合物及其制备方法。

背景技术

可溶性给体-受体共轭聚合物在有机电子方面有众多的应用，如红外探测、有机太阳能电池、有机场效应管、有机发光二极管和电致变色显示。有时，同一种聚合物在不同的应用上都有很好的表现，比如基于吡咯聚合物可应用于有机场效应管和有机太阳能电池。在其他情况下，只要对给体-受体聚合物(如异靛蓝)核心进行轻微的修改，就可以适用于不同的应用。通过选择合适的给体(π-富电子)和受体(π-缺电子)单元，可以为有机电子的不同应用来定制相应属性的目标聚合物。尽管目前给体-受体聚合物材料合成很多，大多能覆盖可见光并延伸至尽红外领域，但是，到目前为止，聚合物材料的能带隙一般都大于1，聚合物能带隙小于1的超低能带隙聚合物材料还不多见，设计和合成具有超低能带隙的聚合物材料在有机薄膜晶体管(OTFTs)和有机太阳能电池(OPV)等方面有重要的应用，这是由于超低能带隙聚合物一般具有低的最低未占轨道能级，低的最低未占轨道能级有利于电子的稳定和传输，是作为电子和双极性传输的有机薄膜晶体管材料；另一方面，超低能带隙聚合物吸收都延伸至近红外区域，起始吸收峰大于1240nm，在有机太阳能电池中代替富勒烯衍生物，不仅能作为电子传输材料，而且能有效的增加光吸收。另外，对于吸收在近红外(NIR)区域的超低能带隙给体-受体聚合物，由于其具有红外探测的能力，一些已经作为夜视设备以应对战场上的伪装，还可应用于航天器热控制等。本发明的聚合物具有超低的能带隙，吸收峰延伸覆盖可见光，并延伸至近红外区域。本发明的聚合物可应用于有机电子的多个领域，如红外探测、有机太阳能电池、有机场效应管等。

发明内容

本发明是设计合成了超低能带隙给体-受体共轭聚合物，是一种超低能带隙半导体材料，目的是提供一种应用于有机电子领域中聚合物太阳能电池、有机场效应管，红外探测等多用途的给体-受体聚合物材料及其制备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超低能带隙给体-受体共轭聚合物，其特征在于:所述的共轭聚合物是基于联噻吩和(5-氧-噻吩并吡咯-6-亚基)苯并二呋喃-二酮的给体-受体共轭聚合物,所述共轭聚合物的结构式为：

其中，R₁为C₁₆-C₄₀烷烃链，R₂为H或C₈-C₂₄烷烃链，n≥1。

所述的超低能带隙给体-受体共轭聚合物，其特征在于：所述的R₁烷烃链可选择C₁₆-C₄₀的支链烷烃。

所述的超低能带隙给体-受体共轭聚合物的制备方法，其特征在于：

以联二噻吩双锡单体和(5-氧-噻吩并吡咯-6-亚基)苯并二呋喃-二酮双溴单体为原料，采用Stille交叉偶联反应得到所述的半导体共轭聚合物，反应是在以三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂，三(邻甲基苯基)磷为配体的体系下聚合得到的；所述的联二噻吩双锡单体和(5-氧-噻吩并吡咯-6-亚基)苯并二呋喃-二酮双溴单体的摩尔比为1:1；三(二亚苄基丙酮)二钯的加入量为反应单体总摩尔量的2％；三(邻甲基苯基)磷的加入量为反应单体总摩尔量的4％。

所述的一种超低能带隙给体-受体共轭聚合物的制备方法，其特征在于，所述的交叉偶联反应温度为80-130oC。

所述的一种超低能带隙给体-受体共轭聚合物的制备方法，其特征在于，所述交叉偶联反应时间为6-72小时。

本发明的优点是：

本发明涉及合成的新型可溶液加工的给体-受体共轭聚合物具有宽的吸收峰，覆盖可见光甚至延伸至近红外区域，不仅能用于有机太阳能电池、有机场效应管，在有机光电检测器中也非常有用，还可应用于近红外光谱的调制如热辐射。

附图说明

图1为基于联二噻吩和(5-氧-噻吩并吡咯-6-亚基)苯并二呋喃-二酮的半导体共轭聚合物的合成路径示意图；

图2为(5-氧-噻吩并吡咯-6-亚基)苯并二呋喃-二酮双溴单体的合成路径示意图；

图3为实施例1中聚合物P₁的合成路径示意图；

图4为可溶液加工的半导体共轭聚合物P₁的紫外光谱图。

具体实施方式