[发明专利]双硼氮桥联联吡啶及用其制备的有机/高分子材料

说明书

技术领域

本发明涉及有机/高分子太阳能电池领域，具体涉及一种双硼氮桥联联吡啶及用其制备的有机/高分子材料。

背景技术

近年来，聚合物太阳能电池(PSCs)以其加工成本低，柔性好，质量轻等优点作为新兴的电池材料得到了广泛的应用和飞快的发展。在不远的将来可能成为世界能源的供应主体，因此开发新型聚合物太阳能电池具有重要的意义。其中，具有给体-受体型结构的共轭高分子能够通过独立改变给体单元和受体单元的结构，从而达到对共轭高分子能级、带隙、溶解性、载流子迁移率以及相行为等的调节，实现窄带隙的共轭高分子光伏材料。

目前，大部分的研究还是聚焦在给体单元上，而对受体单元的研究却相对较少。但通过改变受体单元的结构影响聚合物的光伏性能具有深远的意义。目前，人们主要将主族元素如Si，P，S，Se等引入到共轭体系当中，利用主族元素与共轭分子特殊轨道的相互作用对体系的电子结构进行修饰，进而调控材料的性能。经典的受体单元主要有DPP、BTz、NTz、TPD以及DNI等，他们由Si，P，S等元素构筑而成。一个典型的分子silole就是利用硅原子上两个环外δ*轨道与丁二烯的π*轨道间的δ*-π*共轭从而有效降低体系的LUMO能级。关于这种利用主族元素和共轭体系的轨道相互作用进而影响材料的性能已被广泛报道。也有将B引入到共轭体系中，调节分子的能级结构，但是将B引入到共轭聚合物中的研究鲜有报道。作为独特的缺电子原子，硼可采用SP²杂化形成缺电子的三配位硼，由于具有空p轨道，而赋予其结构独特的性质(1)形成p-π*共轭，降低体系的LUMO能级；(2)具有Lewis酸性，通过接受电子，导致体系光电性能发生变化。但是，由于三配位硼结构不稳定，对水、氧敏感。同时由于其周围有大的空间位阻基团，不能使分子间发生有效的堆砌。从而影响材料的性能。然而四配位硼以其化学稳定、结构可修饰、电子能级结构可调、强亲电性等优点受到人们的关注。使它可以作为一种优异的电子受体单元，构筑窄带隙共轭高分子。

芳香稠环烃(PAH)由于其简单的、独特的结构对称特性，分子种类多样性，以及其优越的光学及电学性质，在有机光电领域具有广阔的应用前景。它独特的大π结构可以产生系列光、热、电、磁等方面的奇特的性质。基于以上特点，将硼引入到π体系中，可以有效的调节分子内电子结构，从而降低能级带隙，使该体系具有独特的电子结构及光电学性能，从而广泛应用到有机光电领域。

发明内容

本发明的目的是为进一步拓展受体材料体系，以经典的芘单元为出发点，发展新型的BN受体单元，进而提供一种双硼氮桥联联吡啶及用其制备的有机/高分子材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种双硼氮桥联联吡啶，其化学结构式如下：

式中，R₂为苯基、氟、乙基、对三氟甲基苯基或2,4,6-三甲基苯基；

R₁是碳原子数为4-20的烷基。

用双硼氮桥联联吡啶制备得到的有机/高分子材料，该材料为缺电子共轭聚合物，其化学结构式如下：

式中，R₂为苯基、氟、乙基、对三氟甲基苯基或2,4,6-三甲基苯基；

R₁是碳原子数为4-20的烷基；

n为4-70。

用双硼氮桥联联吡啶制备得到的有机/高分子材料，该材料为缺电子共轭聚合物，其化学结构式如下：

式中，R₂为苯基、氟、乙基、对三氟甲基苯基或2,4,6-三甲基苯基；

R₁是碳原子数为4-20的烷基；

n为4-70。

本发明的有益效果是：

本发明提供的双硼氮桥联联吡啶及用其制备的有机/高分子材料，其优点为：

(1)具有强拉电子的性质，有利于降低分子的能级；

(2)能增加分子的共平面性，平面化结构有利于材料分子进行有序的紧密堆积，提高材料载流子迁移率；

(3)可以通过引入不同长度的烷基链调节材料溶解性；

(4)具有功能化的反应位点，能进行多种目的材料设计；

(5)具有强的π电子离域性，使其能够广泛应用到光电领域中；

(6)因BN配位键单元是一类强受体单元，有利于构建高效给受体型聚合物给体材料，应用在太阳能电池上，具有很好的应用前景。

具体实施方式