[發明專利]一種窄帶隙聚噻吩類衍生物的合成方法

有效

• 申請號: 201210069412.1
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102633995A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 馬昌期;陳周群
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C07D519/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種共軛高分子材料的制備，具體涉及一種窄帶隙聚噻吩類衍生物的合成方法。

背景技術

近年來，隨著能源危機的加劇，積極發展低價高效的新型太陽能光伏電池技術具有非常重大的現實意義。其中有機薄膜光伏太陽能電池因其原料廉價、柔性以及良好的加工性能等優勢，成為未來太陽能光電轉換技術領域研究的一個熱點。在有機薄膜光伏器件中，光學活性層是整個器件的核心部分。光學活性層由p-型和n-型有機半導體組成，選取合適的電子給體材料與電子受體材料，最大程度的降低器件各個物理過程中的能量損失，提高器件的光電轉換效率是目前有機薄膜光伏技術領域的主要研究內容。

近來中國科學院化學所李永舫研究組利用P3HT與富勒烯衍生物ICBA制備的體相異質結電池的光電轉換效率達到了6.5?%?(Zhao?G,?He?Y,?Li?Y,?6.5%?Efficiency?of?Polymer?Solar?Cells?Based?on?poly(3-hexylthiophene)?and?Indene-C60?Bisadduct?by?Device?Optimization?Adv.?Mater.?2010,?22?(39),?4355-4358)，達到了較高的效率，但由于P3HT的光譜帶寬為1.85?eV，它只能吸收光譜波長小于670?nm的可見光，而這部分太陽光的能量僅占太陽光光譜的44%左右，因此，降低有機共軛半導體材料的光譜帶寬，擴展材料的光譜響應能力成為進一步提高光電轉換效率的一個重要途徑。鑒于此，近年來有機光伏半導體開發的重點轉向了具有較窄帶隙的新型共軛高分子材料。

為了開發新型窄帶隙共軛高分子材料，Yu等人合成了一系列二噻吩并苯-噻并[3,4-b]噻吩的共聚物?(Liang?Y,?Yu?L,?A?New?Class?of?Semiconducting?Polymers?for?Bulk?Heterojunction?Solar?Cells?with?Exceptionally?High?Performance?Acc.?Chem.?Res.?2010,?43?(9),?1227-1236)。這一系列化合物中噻并[3,4-b]噻吩單元與二噻吩并苯的大π共軛體系的共同作用使分子具有良好的平面性，同時噻并[3,4-b]噻吩單元能夠穩定聚合物分子共軛鏈中的醌式結構，可以有效降低材料的光譜帶寬（~?1.6?eV）。利用這一系列分子制備的有機薄膜光伏器件的效率可以突破7%，成為目前首個實現單結有機薄膜光伏器件效率突破7%的高分子材料，具有良好的應用前景。

目前該類新型窄帶隙共軛高分子材料的合成均采用二噻吩并苯錫化單體與二溴代噻并[3,4-b]單體聚合的方法制備，但該合成方法存在反應過程繁瑣、合成路線長，以及使用毒性大的錫試劑，環境不友好等缺點。鑒于此，開發一種方法簡單、經濟有效、環境友好的合成方法來制備該類新型窄帶隙共軛高分子材料具有非常重要的實用價值。

發明內容

本發明旨在提供一種制備具有較窄能帶間隙的聚噻吩類共軛高分子材料的簡單、經濟有效、環境友好的合成方法，以克服現有技術存在的不足。

為實現上述發明目的，本發明采用的窄帶隙聚噻吩類衍生物的合成方法為：將如下通式（I）和通式（II）兩種不同的噻吩類衍生物單體，在催化劑作用下，活化噻吩環上的C-H鍵直接進行偶聯聚合反應，得到所述的窄帶隙聚噻吩類衍生物。

?

其中：n為重復單元數目，n大于或等于1，?R₁任選為直鏈或支鏈烷基酯基，直鏈或支鏈烷基羰基；R₂任選為直鏈或支鏈烷氧基，直鏈或支鏈烷基；X為H或F原子，Y、Z任選為鹵素原子或H原子，前提是：當Y為鹵素時Z為H，當Z為鹵素時Y為H。

進一步的講，該聚噻吩類衍生物的合成方法包括如下步驟：

將如下通式（I）和通式（II）兩種結構的噻吩類衍生物單體按照1:1化學計量比混合，

???（I）????（II）

R₁任選為直鏈或支鏈烷基酯基，直鏈或支鏈烷基羰基；R₂任選為直鏈或支鏈烷氧基，直鏈或支鏈烷基；?X為H或F原子；Y、Z任選為鹵素原子或H原子，前提是：當Y為鹵素時Z為H，當Z為鹵素時Y為H；