[發明專利]一種木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4?乙撐二氧噻吩共聚物及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710546461.2
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107163600A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 邱學青;王仲禹;李遠;歐陽新平;樓宏銘
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08L97/00
• 分類號: C08L97/00;C08L79/04;C08L65/00;C08G61/12;C08G73/06;H01L51/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 楊燕瑞

技術領域

本發明屬于導電聚合物技術領域，特別涉及一種木質素磺酸摻雜多巴胺與 3,4-乙撐二氧噻吩共聚物及其制備方法與應用。

背景技術

聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(簡稱PEDOT)是3,4-乙撐二氧噻吩(簡稱為EDOT) 單體通過氧化自由基反應合成的聚合物，由于其剛性結構導致其溶解性差。工業上采用一種高分子聚苯乙烯磺酸(簡稱為PSS)摻雜PEDOT，解決了PEDOT 溶解性問題，使得PEDOT:PSS可以良好的分散在水溶液中。PEDOT:PSS被廣泛應用于有機薄膜太陽能電池、電致變色材料以及透明電極等領域，然而 PEDOT:PSS水分散體系中的PSS磺化度高，導致PEDOT:PSS產品酸性較強，容易腐蝕ITO基板，易吸潮，降低器件穩定性和壽命。因此，研究者致力于降低親水性和酸性，如之前專利(CN 105990526 A)和文獻(Journal of Power Sources,2017,358,29-38)均有達到一定效果。同時，PEDOT:PSS中的PSS 在紫外光照射下會逐漸光降解。

木質素磺酸來源于木材提取物，且價格低廉是一種常用的分散劑。CN 102516784A公開了一種含有聚(3,4-乙撐二氧噻吩)/木質素磺酸的導電性組合物及其制備方法。區別于專利CN 102516784A，本發明將含有的羥基和氨基基團的多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚合，同時用木質素磺酸進行摻雜，多巴胺具有顯著改變PEDOT摻雜體系的功函數的作用，對于提升有機電子器件的性能具有重要意義。多巴胺分子式中含有的堿性基團能夠降低材料的親水性和酸性，潛在可提高器件的穩定性。另外，多巴胺中的苯酚羥基和氨基具有給電子效應，類似胺類(Advanced Energy Materials,2017,7,1602333.)因此可以鈍化鈣鈦礦層的缺陷，提高鈣鈦礦電池的器件性能。木質素在紫外光條件下，在240～400納米附近的吸收隨光照時間延長和增強，表現出抗紫外性能，潛在可以提高太陽能電池的抗紫外性能。

PEDOT:PSS在生物醫學材料研究領域也有一定的應用前景，比如可應用于電子皮膚等生物傳感器(Scientific Reports,2016,6:35289)，而PSS是人工合成高分子材料，不易生物降解，木質素是一種生物相容性好、易降解的天然高分子，木質素磺酸取代PSS成為PEDOT分散摻雜劑優勢很明顯。多巴胺(DA) 是一種用來幫助細胞傳送脈沖的神經傳導物質，兩種原料均具有生物相容性好的特征，共聚合成的基于木質素磺酸摻雜多巴胺、3,4-乙撐二氧噻吩共聚物潛在可應用于電子皮膚或生物傳感器。

綜合以上設計思路，本發明的木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物實現木質素的高效利用，同時提供了一種新型的PEDOT衍生物的設計思路，展現出良好的應用前景。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物。本發明利用環境友好的分散劑木質素磺酸取代傳統的PSS作為摻雜劑和分散劑，摻雜3,4-乙撐二氧噻吩和多巴胺得到共聚物，有效的提高了材料的功函數，降低了酸性和親水性，提高了產品的防水性和抗紫外性質，制備的木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物潛在可應用于有機光電器件。

本發明另一目的在于提供一種上述木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物的制備方法。

本發明再一目的在于提供上述木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物在光電領域，特別是鈣鈦礦太陽能電池器件中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物，為通過水溶性的木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩的共聚物而得到的水分散體系。

一種上述木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物的制備方法，包括如下步驟：

(1)將木質素磺酸鹽溶液pH調節至0.5～3；

(2)加入多巴胺和3,4-乙撐二氧噻吩，在引發劑作用下攪拌反應，得到混合懸浮液；

(3)提純除去無機鹽份，得到的木質素磺酸摻雜多巴胺與3,4-乙撐二氧噻吩共聚物(PDA:PEDOT:LS)。

上述方法中，各物料的重量份數為：

步驟(1)中所述調節pH至酸性優選利用酸調節，更優選為利用鹽酸、硫酸、碳酸或醋酸調節。所述調節pH更優選為1～3。