[发明专利]一种低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS分散液的制备方法

说明书

本发明公开了一种低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS分散液的制备方法，将短链氟碳掺杂剂和PSS加入到超纯水中，充分乳化得到PSS/氟碳掺杂剂混合溶液；将3,4‑乙撑二氧噻吩单体加入到上述溶液中，加酸降低体系pH至0～1；充分搅拌乳化，加入氧化剂，室温搅拌反应72～96h；进行阴阳离子树脂交换除盐得氟碳掺杂PEDOT:PSS导电聚合物分散液。本发明采用低表面能的氟碳掺杂剂部分取代高表面能的PSS，利用氟碳掺杂剂降低PEDOT:PSS导电聚合物的表面能，同时利用PSS克服氟碳掺杂剂分散性不足的缺陷，从而成功制得低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS导电聚合物分散液产品。

技术领域

本发明属于导电聚合物技术领域，具体涉及一种低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS分散液的制备方法。

背景技术

1989年，德国拜耳公司发明了PEDOT，其具备优异的导电性和环境稳定性，同时兼具可见光透过率高和光电磁性质可调等特点而受到广泛关注，迅速成为导电聚合物领域的明星分子，但不溶不熔的特点限制了其加工与应用。随后，德国拜耳公司发明PSS分散掺杂制备了PEDOT:PSS导电聚合物分散液，有效解决了加工困难的问题，并因其优异的溶液加工性和成膜性而广泛应用于抗静电涂层和有机光电子器件等领域，由此霸占导电聚合物市场近30年。

随着有机光电子器件领域的发展，PEDOT:PSS导电聚合物当前的性质参数已无法满足新一代有机光电子材料的需要。研究发现，较高的表面能会影响有机活性吸光材料的取向排列以及二元、三元给受体材料的垂直分布，也会影响钙钛矿吸光材料的定向排列和堆积以及结晶相尺寸，限制了光伏器件性能的进一步攀升(Advanced SustainableSystem,2020,4,2000054；ACS Applied MaterialsInterfaces,2019,11,17028)，新一代PEDOT导电聚合物亟待开发。

发明内容

本发明目的在于进一步提升PEDOT:PSS导电聚合物的综合性能，提供一种低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS分散液的制备方法，所得产品具有稳定性好、酸性较弱、表面能低的优点，在光伏电池器件中具备优异的应用前景。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种低表面能氟碳掺杂PEDOT:PSS分散液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将短链氟碳掺杂剂和PSS加入到超纯水中，充分乳化得到PSS/氟碳掺杂剂混合溶液；

(2)将3,4-乙撑二氧噻吩单体加入到上述溶液中，加酸降低体系pH至0～1；

(3)充分搅拌乳化，加入氧化剂，室温搅拌反应72～96h；

(4)进行阴阳离子树脂交换除盐得氟碳掺杂PEDOT:PSS导电聚合物分散液。

按上述方案，步骤(1)所述的短链氟碳掺杂剂具有如下分子结构式：

其中，n为2～10的整数，D表示掺杂基团-OH、-COOH、-SO₃H、-SO₄H或-PO₄H。

按上述方案，步骤(1)中短链氟碳掺杂剂和PSS的质量比为1：(0.1～10)，混合溶液的总固含量为0.5～2wt％。

按上述方案，步骤(2)中3,4-乙撑二氧噻吩单体的加入量与PSS的质量比为1：(2～10)；所述酸为盐酸或硫酸，浓度为1～10mol/L。

按上述方案，步骤(3)所述氧化剂为过硫酸盐与铁盐的混合物；所述过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾；所述铁盐为氯化亚铁、氯化铁或硫酸铁；过硫酸盐与铁盐的摩尔比例为1：(0.1～1.0)。

按上述方案，步骤(3)中氧化剂的加入量与3,4-乙撑二氧噻吩单体的摩尔比为1：(1.3～2.6)。