[發明專利]一種基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210077511.4
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102617833A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 李效玉;史少偉;王曉晨;王海僑
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C09K11/06;H01L51/46
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域：

本發明涉及共軛聚合物材料，特別涉及一種基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物的制備方法和應用。

背景技術：

除核能外，我們當今所使用的主要能源(包括化石燃料的煤、石油、天然氣和水力、風力電能)都來自于太陽對地球的輻照。太陽對地球一天輻照所傳遞的能量就足以讓這個星球上的60多億居民按現在的能源消費速度使用27年，隨著化石燃料的不斷耗盡以及環境污染日趨嚴重，人們不得不尋找清潔的可再生能源作為目前能源的替代品。太陽能在地球上分布廣泛，且取之不盡、用之不竭，是一種真正意義上的綠色能源。因此，近年來對太陽能的開發和利用的研究發展尤為迅速。以聚合物材料為基礎而制備的有機太陽能電池具有化合物結構可設計性、材料重量輕、制造成本低、加工性能好、可溶液成膜以及可彎曲的性質等優點，近年來備受關注。[(1)Thompson，B.C.；Fréchet，J.M.J.Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，58.(2)Li，C.；Liu，M.；Pschirer，N.G.；Baumgarten，M.；Müllen，K.Chem.Rev.2010，110，6817.(3)Cheng，Y.；Yang，S.；Hsu，C.Chem.Rev.2009，109，5868.(4)Dennler，G.；Scharber，M.C.；Brabec，C.J.Adv.Mater.2009，21，1323.]

卟啉是由四個吡咯環形成的二維環狀共軛大分子，廣泛存在于自然界和生命體。卟啉具有較好的光化學性質和熱穩定性，其高效的捕獲光子和傳輸電子的能力使其可以應用于太陽能電池材料的制備。[(1)Balaban，T.S.Acc.Chem.Res.2005，38，612.(2)Imahori，H.J.Phys.Chem.B2004，108，6130.(3)Kadish，K.M.；E，W.；Zhan，R.；Khoury，T.；Govenlock，L.J.；Prashar，J.K.；Sintic，P.J.；Ohkubo，K.；Fukuzumi，S.；Crossley，M.J.J.Am.Chem.Soc.2007，129，6576]目前，以卟啉共軛聚合物作為給體材料的BHJ太陽能電池已有報道，但光電轉化效率都不理想，主要原因在于卟啉特殊的光譜吸收帶，卟啉在410-430nm(Soret?band)具有極強的吸收，在530-540nm(Q-band)的吸收極弱，在Soret?band和Q-band之間沒有光譜吸收。因此，通過調整聚合物結構來改善聚合物的光譜吸收性能成為解決效率低下的關鍵所在。雖然已有不少卟啉類共軛聚合物材料的報道，但目前為止，最高的光電轉化效率只有1.04％，[Zhan，H.；Lamare，S.；Ng，A.；Kenny，T.；Guernon，H.；Chan，W.；Djurisic，A.B.Harvey，P.D.；Wong，W.Macromolecules?2011，44，5155.]并且吸收光譜較窄，因此，開發具有寬吸收，低帶隙，高效率的新型卟啉類聚合物材料是材料研究領域的重要任務。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物。

本發明的目的之二在于提供一種基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物的制備方法。

本發明的目的之三在于將一種基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物應用于制備聚合物太陽能電池，其能量轉化效率比相應的卟啉類共軛聚合物有很大提高，達2.53％。

本發明的目的之四在于提供用于制備基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物的3，4-二溴5，10，15，20-四芳基喹喔啉并[2，3-b]卟啉的制備方法。

本發明所述的基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物具有以下結構：

其中：

R為

M為2H，Zn，Cu，Ni等能夠與卟啉絡合的所有金屬；

B為

D為

其中R₁，R₂，R₃，R₄為相同或不同的H、C₁-C₂₀的烷基、烷氧基、烷基苯基、烷氧苯基；

x，y為1-200之間的整數；

n為1-500之間的整數。

所述的基于喹喔啉卟啉單元共軛聚合物的制備方法，其特征是，該制備方法包括以下步驟：