[發明專利]一種A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202310372976.0
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116589471A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 彭小彬;何子欽;吳濟發
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C07D487/22
• 分類號: C07D487/22;H10K30/20;H10K30/50;H10K85/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

1.一種A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料，其特征在于，具有以下化學結構：

其中，每個A彼此相同或不同，各自獨立地表示具有共軛結構的吸電子基團；Ar表示氫、烷基、烷氧基、取代或未取代的芳香基團中的一種；M表示金屬元素或3個氫元素。

2.根據權利要求1所述的A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料，其特征在于，所述Ar為以下結構的一種：

其中，R₁和R₂是含碳數為0-20的烷基或烷氧基，碳數為0時，R₁和R₂是氫或羥基。

3.根據權利要求1所述的A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料，其特征在于，所述A為以下結構單元中的一種：

其中，R₁和R₂是含碳數為0-20的烷基或烷氧基，碳數為0時，R₁和R₂是氫或羥基。

4.權利要求1～3任一項所述的A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在惰性氣體的保護下，在酸催化劑的作用下，將5-碘-2-噻吩甲醛和吡咯在避光條件下反應，純化后形成化合物A：

(2)在惰性氣體的保護下，將化合物A與Ar-CHO在避光條件下，使用混合溶劑溶解反應物，在酸催化劑的作用下，反應2±0.5小時萃取，加入氧化劑反應30±10分鐘，純化后形成化合物B：

(3)在惰性氣體的保護下，將A-Br與三異丙基硅基乙炔在混合溶劑和催化劑的作用下加熱，進行Sonogashira偶聯反應，純化后形成化合物C：

(4)將化合物C脫去保護基團，獲得中間產物，并在惰性氣體的保護下，將該中間產物和化合物B在混合溶劑和催化劑的作用下加熱，進行Sonogashira偶聯反應，純化后即得到所述A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料(化合物D)：

(5)在室溫下將金屬鹽和化合物D溶于混合溶劑中，避光反應，純化后即得到所述A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料：

其中，M表示金屬元素。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述酸催化劑為三氟乙酸，用量為5-碘-2-噻吩甲醛物質的量的0.1～0.2倍；反應時間為10±5分鐘。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述混合溶劑為水/甲醇，體積比例為1:1～1:2；Ar-CHO的濃度為4～6mmol/L；步驟(2)所述酸催化劑為質量分數為36～38％的濃鹽酸，用量為上述水/甲醇混合溶劑體積的0.02～0.04倍，反應溫度為20～30℃；

步驟(2)中的萃取劑為二氯甲烷，氧化劑為2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的混合溶劑為四氫呋喃/三乙胺，體積比例為2:1～10:1；所用催化劑為雙(三苯基膦)二氯化鈀和碘化亞銅，用量均為A-Br物質的量的0.1～0.2倍，反應溫度為60～80℃。

8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述中間產物的結構為：混合溶劑為四氫呋喃/三乙胺，體積比例為2:1～10:1；所用催化劑為三(二亞芐基丙酮)二鈀和三苯基膦，用量分別為化合物B物質的量的0.2倍和2倍，反應溫度為60～80℃，反應時間為12±4小時。

9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述金屬鹽為醋酸銅，混合溶劑為二氯甲烷/甲醇，體積比例為1:1，反應溫度為20～30℃，反應時間為3±1小時。

10.權利要求1～3任一項所述A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料的應用，其特征在于，所述A-π-D-π-A型咔咯類給體光伏材料用于有機太陽能電池的給體材料。