[发明专利]含萘环富勒烯衍生物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含萘环富勒烯衍生物及其制备方法与应用，属于富勒烯衍生物及其制备与应用领域。

背景技术

富勒烯及其衍生物被广泛应用于有机太阳能电池、有机场效应晶体管和有机光导体等电子器件中，其中，富勒烯C₆₀的衍生物[6,6]-苯-碳61-丁酸甲酯（PCBM）是有机太阳能电池中常用的受体材料(Yu,G.,et al.,Science,1995,270:1789-1791)。人们通过对富勒烯碳笼的化学修饰，得到了一系列的富勒烯衍生物，尤其是双加成富勒烯衍生物材料引起研究人员的广泛关注。相比于单加成富勒烯衍生物，双加成富勒烯衍生物可以有效减弱富勒烯碳笼上电子的共轭和离域，从而提高富勒烯衍生物材料的最低未占分子轨道（LUMO）能级。高的LUMO能级使得双加成富勒烯衍生物作为有机太阳能电池受体材料时，可以有效提高太阳能电池器件的开路电压进而提高光电转换效率，在开发高效的有机太阳能电池方面有着非常广阔的实际应用前景。

例如，Blom等将双加成的PCBM（Bis-PCBM）应用于有机太阳能电池（Lenes,M.,et al.,Adv.Mater.,2008,20:2116-2119），发现Bis-PCBM的LUMO能级比PCBM的LUMO能级高约0.1eV，其与聚3-己基噻吩（P3HT）共混构筑的太阳能电池器件开路电压为0.73V，比P3HT:PCBM器件开路电压高约0.15V，同时器件的光电转换效率4.5%明显高于PCBM:P3HT器件效率(3.8%)。李永舫等开发出高效的富勒烯受体材料，茚双加成富勒烯衍生物材料(He,Y.J.,et al.,J.Am.Chem.Soc.,2010,132:1377-1382)，但其合成温度较高，反应在200°C下才进行，限制了该种材料的应用。王春儒等开发了一种新型富勒烯衍生物，二氢化萘类富勒烯衍生物（NCBA），并将其应用于有机太阳能电池（Meng,X.Y.,et al.,Chem.Commun.,2012,48:425-427.）。由于其具有较高的LUMO能级，比PCBM的LUMO能级提高0.16eV，该材料与P3HT共混构筑的有机太阳能电池器件具有较高的开路电压（0.83V）和光电转换效率（5.37%），而相同条件下P3HT:PCBM构筑的太阳能电池器件效率只有3.82%，开路电压为0.6V。综上所述，由于双加成富勒烯衍生物材料具有较高的LUMO能级，可以有效提高太阳能电池器件的开路电压进而提高光电转换效率，使得双加成富勒烯衍生物成为一类非常重要的受体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种含萘环富勒烯衍生物及其制备方法与应用。

本发明提供的含萘环富勒烯衍生物，其结构通式如式I所示，

式I

所述式I中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅和R₁₆均为如下基团a、b或c：

a、选自氢原子、卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基、C₁-C₂₀的烷基和C₁-C₂₀的烷氧基中的至少一种；

b、将所述a基团中的至少一个碳原子被如下基团中的至少一种取代而得的基团：氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基和硝基；

c、将所述a基团中的至少一个氢原子被如下基团中的至少一种取代而得的基团：卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基和硝基；

环F表示富勒烯C₆₀、富勒烯C₇₀、富勒烯C₇₆或富勒烯C₈₄；

本发明提供的制备式I所示衍生物的方法，包括如下步骤：将式II所示化合物与富勒烯在碘化物存在的条件下进行加成反应，得到式I所述衍生物；