[發明專利]一種低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS分散液的制備方法

有效

• 申請號: 202110896892.8
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113621206B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 李昱達;汪鋒;付清瑤
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C08L25/18
• 分類號: C08L25/18;C08L65/00;C08G61/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉洋;崔友明

本發明公開了一種低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS分散液的制備方法，將短鏈氟碳摻雜劑和PSS加入到超純水中，充分乳化得到PSS/氟碳摻雜劑混合溶液；將3,4?乙撐二氧噻吩單體加入到上述溶液中，加酸降低體系pH至0～1；充分攪拌乳化，加入氧化劑，室溫攪拌反應72～96h；進行陰陽離子樹脂交換除鹽得氟碳摻雜PEDOT:PSS導電聚合物分散液。本發明采用低表面能的氟碳摻雜劑部分取代高表面能的PSS，利用氟碳摻雜劑降低PEDOT:PSS導電聚合物的表面能，同時利用PSS克服氟碳摻雜劑分散性不足的缺陷，從而成功制得低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS導電聚合物分散液產品。

技術領域

本發明屬于導電聚合物技術領域，具體涉及一種低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS分散液的制備方法。

背景技術

1989年，德國拜耳公司發明了PEDOT，其具備優異的導電性和環境穩定性，同時兼具可見光透過率高和光電磁性質可調等特點而受到廣泛關注，迅速成為導電聚合物領域的明星分子，但不溶不熔的特點限制了其加工與應用。隨后，德國拜耳公司發明PSS分散摻雜制備了PEDOT:PSS導電聚合物分散液，有效解決了加工困難的問題，并因其優異的溶液加工性和成膜性而廣泛應用于抗靜電涂層和有機光電子器件等領域，由此霸占導電聚合物市場近30年。

隨著有機光電子器件領域的發展，PEDOT:PSS導電聚合物當前的性質參數已無法滿足新一代有機光電子材料的需要。研究發現，較高的表面能會影響有機活性吸光材料的取向排列以及二元、三元給受體材料的垂直分布，也會影響鈣鈦礦吸光材料的定向排列和堆積以及結晶相尺寸，限制了光伏器件性能的進一步攀升(Advanced SustainableSystem,2020,4,2000054；ACS Applied MaterialsInterfaces,2019,11,17028)，新一代PEDOT導電聚合物亟待開發。

發明內容

本發明目的在于進一步提升PEDOT:PSS導電聚合物的綜合性能，提供一種低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS分散液的制備方法，所得產品具有穩定性好、酸性較弱、表面能低的優點，在光伏電池器件中具備優異的應用前景。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

一種低表面能氟碳摻雜PEDOT:PSS分散液的制備方法，包括以下步驟：

(1)將短鏈氟碳摻雜劑和PSS加入到超純水中，充分乳化得到PSS/氟碳摻雜劑混合溶液；

(2)將3,4-乙撐二氧噻吩單體加入到上述溶液中，加酸降低體系pH至0～1；

(3)充分攪拌乳化，加入氧化劑，室溫攪拌反應72～96h；

(4)進行陰陽離子樹脂交換除鹽得氟碳摻雜PEDOT:PSS導電聚合物分散液。

按上述方案，步驟(1)所述的短鏈氟碳摻雜劑具有如下分子結構式：

其中，n為2～10的整數，D表示摻雜基團-OH、-COOH、-SO₃H、-SO₄H或-PO₄H。

按上述方案，步驟(1)中短鏈氟碳摻雜劑和PSS的質量比為1：(0.1～10)，混合溶液的總固含量為0.5～2wt％。

按上述方案，步驟(2)中3,4-乙撐二氧噻吩單體的加入量與PSS的質量比為1：(2～10)；所述酸為鹽酸或硫酸，濃度為1～10mol/L。

按上述方案，步驟(3)所述氧化劑為過硫酸鹽與鐵鹽的混合物；所述過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀；所述鐵鹽為氯化亞鐵、氯化鐵或硫酸鐵；過硫酸鹽與鐵鹽的摩爾比例為1：(0.1～1.0)。

按上述方案，步驟(3)中氧化劑的加入量與3,4-乙撐二氧噻吩單體的摩爾比為1：(1.3～2.6)。