[发明专利]一种有机小分子光电功能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电材料领域，特别涉及一种有机小分子光电功能材料及其制备方法。

背景技术

太阳能具有清洁、资源广泛等特点，被认为是替代石化资源的优选资源，对太阳能的开发利用越来越受到人类的关注。但太阳能的能量密度低、不易直接利用，需要转化成其它能源才能更好地利用。在太阳能的有效利用中，利用光电池将太阳能转化为电能是近些年来发展最快、最具活力的研究领域之一。

可溶液加工的有机太阳能电池具有低成本、易于加工(如可旋涂、喷墨打印等)、适于制备大面积柔性器件等潜在的优势，不仅可以简化器件的制备过程，也可以大大降低了制备成本，从而受到了广泛的关注。电池活性材料中的给体材料可根据分子量的大小分为共轭聚合物和有机小分子，聚合物容易成膜，但产物不容易提纯，分子量分布宽，且每批次合成出来的产品由于分子量及其分布存在差异导致太阳能电池的效率常常存在较大的差异，而有机小分子却不存在这些问题，因此有机小分子在有机太阳能电池中存在其独特的优势。光合作用是绿色植物通过叶绿素吸收光后，进行光化学反应来储存能量，从而为人类提供食物和能源等。卟啉的结构跟叶绿素相似，具有大的π共轭体系和高的摩尔吸光系数，电子能够快速地从给体转移到受体，容易通过外围基团和空腔金属的修饰来改变其物理化学性质，卟啉及其衍生物是最早被作为光活性材料应用于有机太阳能电池的材料之一。然而，基于卟啉及其衍生物有机太阳能电池的光电转换效率却很低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种有机小分子光电功能材料，具有良好的加工性能、适当的能带结构，能量转换效率高。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机小分子光电功能材料，其化学结构如下:

其中：A为被取代或未取代的芳香环共轭桥；B为端基染料基团，M是金属离子或氢元素；Ar是被取代或未取代的芳香基团；m为0或1。

所述Ar为由乙烯撑基、乙炔撑基、碳氢原子构成的芳香环；由碳氮氢原子构成的芳香杂环、由碳氮氧氢原子构成的芳香杂环；由碳硫氢原子构成的芳香杂环；由碳硅氢原子构成的芳香杂环；由碳氮硫氢原子构成的芳香杂环；由碳硅硫氢原子构成的芳香杂环中的一种以上。

所述A为由碳氢原子构成的芳香环、碳氮氢原子构成的芳香杂环、碳氮氧氢原子构成的芳香杂环、碳硫氢原子构成的芳香杂环、碳硅氢原子构成的芳香杂环、碳氮硫氢原子构成的芳香杂环和碳硅硫氢原子构成的芳香杂环中的一种以上芳香杂环构成的共轭侨，构造共轭侨的基本单元数为0、1、2、3或4。

被取代的芳香基团中取代基团为烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种以上。

被取代的芳香环共轭桥中取代基团为烷基、氟代烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种以上。

所述M为锌离子、铜离子、镁离子或镍离子。

所述B为以下结构中的一种：

所述的有机小分子光电功能材料的制备方法，包括以下步骤：

采用Suzuki偶联反应制备：在氩气气氛保护下将5,10-双硼酸酯卟啉以及溴化物溶解于盛有1,2-二甲氧基乙烷的反应瓶中，加入四(三苯基磷)合钯，在95～105℃加热条件下搅拌反应两天两夜，冷却至室温，用氯仿萃取，旋干溶剂，通过硅胶柱层析和GPC HPLC纯化，最后旋干溶剂，再次重结晶，产物在真空下干燥，得到有机小分子光电功能材料；

所述5,10-双硼酸酯卟啉与溴化物的摩尔比为1：(2.5～3.5)；所述1,2-二甲氧基乙烷的摩尔量为5,10-双硼酸酯卟啉与溴化物总摩尔量的90～110倍；所述四(三苯基磷)合钯的摩尔量为5,10-双硼酸酯卟啉与溴化物总摩尔量的9％～11％。

所述的有机小分子光电功能材料的制备方法，包括以下步骤：

采用Sonogashira偶联反应制备：在氩气气氛下将5,10-双乙炔基卟啉、溴化物溶解在盛有甲苯和三乙胺的反应瓶中，加入四(三苯基磷)合钯、碘化亚铜，75～85℃下加热搅拌反应三天三夜，冷却至室温，用氯仿萃取，旋干溶剂，通过硅胶柱层析和GPC、HPLC纯化，最后旋干溶剂，再次重结晶，产物在真空下干燥；