[发明专利]一种二维共轭苯并二噻吩化合物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于光伏材料领域，涉及一种二维共轭苯并二噻吩化合物及其制备方法和用途，具体涉及一种给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物，其制备方法，及其在制备有机太阳能电池给体材料中的用途。

背景技术

由于具有制备工艺简单、重量轻、可制成柔性大面积器件等特点，有机太阳能电池目前受到广泛关注。常用的本体异质结（bulk heterojunction）器件结构（参见G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 1995, 270, pp1789-1791）通常是由高功函透明正极（ITO）、低功函负极（Ca, Mg, Al等）以及夹在正极和负极之间的通常由富电子给体材料和富勒烯衍生物受体材料的共混膜形成的活性层组成。

其中，给体材料包括共轭聚合物给体材料和共轭有机小分子给体材料。与共轭聚合物给体材料相比，共轭有机小分子给体材料由于其结构确定、纯度高、批次重复性好等优点而引起广泛的研究兴趣（参见Y. Lin, Y. Li, X. Zhan, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, pp4245-4272）。在共轭有机小分子给体材料中，一维线型材料虽然具有良好的电学性能，然而到目前为止仍然无法满足实际应用的需要。因此，将材料从一维构型拓展至二维构型则是一种重要的思路，为富电子给体材料的研发提供了广阔的发展空间。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物，其结构通式如式I所示：

；

其中：

R₁为C₆~C₁₂的直链或支链烷基；

R₂为C₆~C₁₂的直链或支链烷硫基或者直链或支链烷氧基；且

R₃为氢原子、C₆~C₁₂的直链或支链烷硫基或者直链或支链烷氧基。

在一项优选的实施方案中，所述给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物中的R₁为C₆~C₁₂的直链烷基，优选正辛基。

在一项优选的实施方案中，所述给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物中的R₂为C₆~C₁₂的支链烷硫基，优选2-乙基己基硫基。

在一项优选的实施方案中，所述给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物中的R₃为氢原子或C₆~C₁₂的直链烷硫基，优选氢原子。

再一方面，本发明提供了一种用于制备上述如式I所示的给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物的方法，其包括如下步骤：

1）中间体M的合成：

在室温条件下，向反应容器中加入A供体、B供体、催化剂和甲苯，其中所述A供体和B供体之间的摩尔比为2~2.2:1，混合并搅拌均匀后，在惰性气体保护下回流反应12~24小时；反应完成后，将反应体系冷却到室温，真空蒸发除去溶剂，柱层析纯化，得到中间体M；

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2）终产物的合成：

在室温条件下，向反应容器中加入步骤1）中得到的中间体M、3-乙基绕丹宁、缚酸剂和干燥三氯甲烷，其中所述中间体M和3-乙基绕丹宁之间的摩尔比为1:5~10，混合并搅拌均匀后，在惰性气体保护下回流反应12~24小时；反应结束后，将反应体系冷却至室温，然后倾倒入低级醇中沉降，抽滤并收集沉降的固体，柱层析纯化，得到如式I所示的给电子基团取代的二维共轭苯并二噻吩化合物；

；

其中：R₁、R₂和R₃如上所定义。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述催化剂为钯/膦催化剂，优选四(三苯基膦)钯或二(三苯基膦)二氯化钯，更优选四(三苯基膦)钯。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述A供体和B供体之间的摩尔比为2:1。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述柱层析为硅胶柱层析，洗脱液为二氯甲烷。

优选的，在上述制备方法中，步骤2）中所述缚酸剂为路易斯碱，优选吡啶或三乙胺，更优选吡啶。