[發明專利]一種氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910655770.2
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110511235B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 李剛;王帥花;楊文彬;李丹丹;郝品;唐波
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H01L51/46
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明提供一種氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料及其制備方法和應用，經研究發現，這類受體材料具有更好的電荷分離和傳輸效率，從而有利于提高苝酰亞胺的光電轉化效率，同時本發明受體材料制備方法中，反應原料廉價易得，反應條件溫和，步驟簡單，處理方便、污染少；同時反應產率較高；便于工業化規模生產，因此具有良好的實際開發應用前景。

技術領域

本發明屬于有機化合物合成技術領域，具體涉及一種氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料及其制備方法和應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

有機太陽能電池(簡稱OPV)是第三代太陽能電池的重要分支，具有成本低廉、質量輕、柔性、可折疊以及可以大面積印刷等優點，而且有機材料種類極多、易于設計和合成，材料的改性和器件的優化還可對有機太陽能電池性能進一步的提高，因此，這類太陽電池在建筑、交通、航空航天、通訊、工業以及民用上具有潛在的應用，已成為目前太陽能光伏技術研究的熱點之一。

OPV最關鍵的組分為活性層材料，高性能OPV活性層主要采用聚合物給體和非富勒烯受體共混的本體異質結結構。近年來，通過新給受體材料的不斷優化設計、器件結構的調整、活性層形貌的調控以及工作機制的深入研究，有機太陽能電池的光電轉換效率(PCE)得到了大幅度的提升。其中苝二酰亞胺類受體材料是研究最早也是最常用的受體單元，具有合成簡單、可見光吸收范圍廣、光熱穩定性好等優點。雖然苝二酰亞胺類小分子具有諸多優點，但是發明人發現，目前基于此的PCE超過9％的極少，而且受體材料結構與其光電性能的構效關系還不明確，因此亟需開發新型高效的苝二酰亞胺類非富勒烯受體材料。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料及其制備方法和應用，經研究發現，這類受體材料具有更好的電荷分離和傳輸效率，從而有利于提高苝酰亞胺的光電轉化效率，因此具有良好的實際應用之價值。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明的第一個方面，提供一種氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料，所述受體材料是基于螺二芴為核心的苝酰亞胺類衍生物，所述受體材料其結構式如下式(I)，式(II)或式(III)所示：

式中R為H或不多于30個碳原子的任意烴基。

進一步的，所述R為不多于20個碳原子的任意烷基。

本發明的第二個方面，提供上述氧族元素稠合苝二酰亞胺受體材料的制備方法，所述制備方法包括將連有螺二芴的硼酸酯和溴代苝二酰亞胺通過Suzuki偶聯反應制備所述受體材料的步驟。

合成路線如下：

其中，式中R為H、不多于30個碳原子的任意烴基。

進一步的，所述R為不多于20個碳原子的任意烷基。

更進一步的，所述R為C₁₃H₂₈。

具體的，所述受體材料的制備方法包括：

在堿性環境下，將螺二芴的硼酸酯和溴代苝二酰亞胺溶于極性非質子有機溶劑，Pd(PPh₃)₄作為催化劑，在加熱狀態下反應生成所述受體材料。

所述極性非質子有機溶劑包括無水甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜，丙酮或四氫呋喃，進一步優選為無水四氫呋喃。