[發明專利]一種萘并二呋喃類化合物和聚合物及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210445864.5
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102964570A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 鄒應萍;劉波;賀躍輝;陳學文
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/46
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明涉及一種萘并二呋喃衍生化合物和聚合物及化合物的制備方法和聚合物的應用，具體地涉及一種聚萘并二呋喃衍生物與4,7-二噻吩[2,1,3]苯并噻二唑單元衍生物通過碳-碳單鍵連接的光伏材料及其在太陽能電池上的應用。

背景技術

最近幾年，聚合物太陽能電池由于其獨特的優點，比如制作工藝簡單、質量輕和可制備成柔性器件而受到學術界與工業界的高度關注。目前為止，聚合物太陽能電池的效率達到了9%以上，但是對于商業化應用，效率和壽命還需要改善與提高。[Zhicai?He,Chengmei?Zhong,Shijian?Su,Miao?Xu,Hongbin?Wu,Yong?Cao.Nature?photonics,2012,6,591-595.]

設計與合成新型的聚合物光伏材料是提高效率的有效途徑。給-受結構的窄帶隙聚合物成為高效率材料的重要選擇。苯并二呋喃作為電子給體與不同的電子受體聚合，得到了高達4%以上的效率。[Xuewen?Chen,Bo?Liu,Yingping?Zou,LuXiao,Xiuping?Guo,Yuehui?He,Yongfang?Li.Journal?of?Materail?Chemistry,2012,22,17724-17731.]相比苯并二呋喃，萘并二呋喃擁有更大的共軛單元，在有機場效應晶體管中表現出了很好的載流子遷移率，[K.Niimi,H.Mori,E.Miyazaki,I.Osaka,H.Kakizoe,K.Takimiya,C.Adachi.Chemical?Communication,2012,48,5892-5895.Affiliation?Information1.Centre?for?Organic?Photonics?and?ElectronicsResearch(OPERA),Kyushu?University,Motooka,Nishi,Japan]并且在聚合物太陽能電池中尚未見報道該類聚合物材料的應用。4,7-二噻吩[2,1,3]苯并噻二唑(DTBT)作為受體單元在聚合物光伏領域也獲得了很多優異的性能。[Ping?Ding,Chengche?Chu,Bo?Liu,Bo?Peng,Yingping?Zou,Yuehui?He,Kechao?Zhou,ChainshuHsu.Macromolecular?Chemistry?and?Physics.2010,211,2555-2561]

鑒于聚合物光伏材料在太陽能電池領域中廣泛的應用前景及現有聚合物光伏材料的缺陷，研究出新的聚合材料有著重要的意義。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種有大共軛體系能用于太陽能聚合材料的強給電子體萘并二呋喃類化合物。

本發明的第二個目的在于提供一種空氣穩定性和熱穩定好、吸收光譜寬和空穴遷移率大的萘并二呋喃類聚合物。

本發明的第三個目的在于提供上述萘并二呋喃類化合物的制備方法。

本發明的第四個目的在于提供上述聚萘并二呋喃聚合物在制備聚合物太陽能電池中的應用，該材料應用于太陽能電池使電池獲得較寬的光譜效應和EQE效率。

本發明提供了一種萘并二呋喃類化合物，其特征在于，具有式1結構：

式1

m=5~14；優選為m=8~10，最優選為m=9。

本發明還提供了一種萘并二呋喃類聚合物，具有式2結構：

式2

n=10~100；m=5~14，優選為m=8~10，最優選為m=9。

所述的聚合物，PDI=1~4。

本發明還提供了一種如上所述萘并二呋喃類化合物的制備方法，其特征在于，先將1,5-二羥基萘和1-溴-2-（七~十六）酮發生取代反應制得化合物1；用制得的化合物1在甲基磺酸存在下發生關環反應得到化合物2；接著在正丁基鋰條件下用制得的化合物2和三甲基氯化錫發生取代反應，得到萘并二呋喃類化合物M1。

如上所述的制備方法，1,5-二羥基萘和1-溴-2-（七~十六）酮在乙腈中回流3~5h；關環反應在二氯甲烷中回流3~5h；所得的化合物2先在-80~-50°C下加入四氫呋喃溶劑和正丁基鋰，再在室溫下反應8~24h。