一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料及其制备方法

本发明涉及有机太阳能电池领域，特别是涉及一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能因分布广泛、取之不尽用之不竭等优点备受人们的青睐，成为国内外科学家研究的热点之一。相比于传统的硅基无机太阳能电池，有机太阳能电池具有以下特点：(1)原料来源丰富，成本低廉；(2)化学结构易修饰，吸收光谱，能级可调；(3)可制备重量轻、柔性、各种形状的光伏器件；(4)可采用旋转涂膜、喷墨打印及丝网印刷等廉价方式实现大面积制造。因此近年来有机太阳能电池的研究得到迅速发展，具有广阔的应用前景。有机太阳能电池的光活性层是由可溶液处理的电子给体材料和受体材料的共混制备而成。近年来，基于非富勒烯受体材料(包括小分子和聚合物)的有机太阳能电池发展迅速。其中小分子受体材料表现出独特的优点，如分子结构明确、批次重现性好、光吸收边可扩展到近红外区、吸收光谱和化学能级易调节、开路电压高以及分子的平面性与结晶性易调等，因此成为当今的研究热点之一。

2、典型的小分子受体材料一般采用稠环结构骨架，合成较为复杂，且合成路线较长，收率低，价格昂贵，从而阻碍了商业化应用。与之相比，非稠合小分子受体合成简单，成本低廉，因此开发新型高效的非稠环小分子受体十分重要。因此，为了实现这一目的，亟需提供一种用于非稠合的小分子受体材料，在拓宽吸收光谱，提高光电流和能量转换效率的同时，降低成本和调控分子堆积，以解决现有技术中的不足之处显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料，其结构通式为：

4、

5、通式(i)中，ar1为如下结构单元中的一种：

6、r为h，或c1-c20的烷基；

7、ar2为如下结构单元中的一种：

8、

9、n为大环烷氧基的碳原子个数，4<n<20。

10、本发明的另一目的在于提供一种所述大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤一：将2,5-二溴-1,4-苯二酚(a)与通式(iii)的化合物经过烷基化反应，得到具有通式(b)的化合物；

12、

13、步骤二：将通式(b)的化合物与通式(iv)的化合物经过stille偶联反应，得到具有通式(c)的化合物；

14、

15、步骤三：将通式(c)的化合物进行甲酰化反应，得到具有通式(d)的化合物；

16、

17、步骤四：将通式(d)的化合物与通式(v)的化合物进行克脑文盖尔缩合反应，得到具有通式(i)化合物；

18、

19、由此，本发明提供了一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料，与现有的稠环小分子受体材料(如itic和y6)相比，合成成本显著降低；其吸收光谱比itic明显红移，在苯环共轭平面上方引入面外大环侧链可增强分子内电荷转移能力，调控分子间的堆积和溶解性，避免形成过大的聚集。因此本发明的一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料应用于有机太阳能电池能同时获得较高的能量转换效率和降低的成本，有利于实现商业化应用。

20、优选的，步骤一中，在保护气氛中，将2,5-二溴-1,4-苯二酚(a)、通式(iii)的化合物二溴烷烃、碳酸钾、碘化钾和dmf置于反应器中，在保护氛围中100度反应，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式(b)的化合物。

21、更优选的，dmf为纯化干燥处理过的dmf。

22、优选的，步骤二中，在保护氛围中，将通式(b)的化合物、通式(iv)的化合物、dmf置于反应器中，再加入四(三苯基膦)钯，回流，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式(c)的化合物。

23、更优选的，dmf为纯化处理过的dmf。

24、优选的，步骤三中，在保护氛围中，将通式(d)的化合物、1,2-二氯乙烷和dmf置入反应器，冰水浴下加入三氯氧磷，搅拌，回流，冷却后加入水溶液，二氯甲烷萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得具有通式(d)的化合物。

25、更优选的，回流反应前室温搅拌0.5h。

26、优选的，步骤四中，在保护氛围中，将通式(d)的化合物、通式(v)的化合物、氯仿加到反应器中，加入吡啶，回流，冷却后用甲醇沉析，分离，提纯，得具有通式(i)的化合物。

27、本发明的另一目的在于提供一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料具有通式(ii)的化学结构：

28、

29、上述一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料制备方法，包括以下步骤：

30、步骤一：将化合物1、碳酸钾、碘化钾、dmf和1,10-二溴癸烷置入反应器中，氩气保护条件下100℃反应12h，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得化合物2；

31、

32、步骤二：在反应器中加入化合物2、6-(2-丁基辛基)-2-三丁基锡基噻吩并[3,2-b]噻吩，以及dmf加入到反应器中，氩气保护条件下加入四(三苯基膦)钯，130℃反应2h，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得化合物3；

33、

34、步骤三：反应器中加入化合物3、1,2-二氯乙烷和dmf，氩气保护，0℃下滴加三氯氧磷，室温搅拌0.5h后，回流反应12h，待冷却后加入水中，二氯甲烷萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得化合物4；

35、

36、步骤四：依次将化合物4、5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮和氯仿加到反应器中，氮气保护下加入吡啶，加热至回流反应2h，冷却后用甲醇沉析，柱层析提纯得到化合物(ii)；

37、

38、本发明的又一目的在于提供一种上述大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料在有机太阳能电池中的应用。

39、本发明的有益效果：

40、本发明提供了一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料及其制备方法和应用，本发明的受体材料的结构通式为：

41、其中ar1和ar2为独立的芳香基团，4<n<20。与现有技术相比，本发明具有以下特点：

42、1.具有非稠合的化学结构，合成简便，成本低廉；

43、2.具有显著红移的吸收光谱；

44、3.引入面外大环侧链可增强分子内电荷转移能力，调控分子间的堆积和溶解性；

45、4.吸收范围得到大幅拓宽，提高了有机太阳能电池对太阳光的利用率；

46、5.提高了有机太阳能电池的能量转换效率。

技术特征：

1.一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料，其结构通式为：

2.根据权利要求1所述的一种大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料的制备方法，通式(i)的化合物制备包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，在保护气氛中，将2,5-二溴-1,4-苯二酚(a)、通式(iii)的化合物二溴烷烃、碳酸钾、碘化钾和dmf置于反应器中，在保护氛围中100℃反应，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式(b)的化合物。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，在保护氛围中，将通式(b)的化合物、通式(iv)的化合物、dmf置于反应器中，再加入四(三苯基膦)钯，130℃反应，冷却后倒入水中，石油醚萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得通式(c)的化合物。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，在保护氛围中，将通式(d)的化合物、1,2-二氯乙烷和dmf置入反应器，冰水浴下加入三氯氧磷，搅拌，回流，冷却后加入水溶液，二氯甲烷萃取，旋除溶剂，柱层析提纯，得具有通式(d)的化合物。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤四中，在保护氛围中，将通式(d)的化合物、通式(v)的化合物、氯仿加到反应器中，加入吡啶，回流，冷却后用甲醇沉析，分离，提纯，得具有通式(i)的化合物。

8.一种根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，通式(ii)的化合物制备包括以下步骤：

9.一种根据权利要求1～8任意一项所述大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料在有机太阳能电池中的应用。

技术总结本发明公开一种以大环烷氧基苯核的非稠合小分子受体材料及其制备方法，涉及有机太阳能电池材料领域。本发明的受体材料的结构通式为：其中Ar<supgt;1</supgt;和Ar<supgt;2</supgt;为独立的芳香基团，4<n<20。本发明的小分子受体材料以大环烷氧基苯为核，具有非稠合的化学结构，与现有的具有稠合结构的小分子受体材料相比，本发明涉及的小分子受体材料具有合成简便、分子聚集易调控和光伏性能较好等优点；能显著提高有机太阳能电池的光电流；应用于太阳能电池时具有能量转换效率高和成本低廉的优点。技术研发人员：曹佳民,刘辉勇,聂广安,吴宗菊,张志勇,雷雅文受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1