[发明专利]一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法、应用，该苝二酰亚胺类化合物结构式如下：其中R为5‑30个碳原子烷基链，R’为H或1‑15个碳原子的烷基链，X选自H、氰基、1‑10个碳原子的烷氧基中的一种，n的取值为0或1或2。本发明所提供的苝二酰亚胺类化合物以3,3’‑联噻吩为核，连接了四个苝二酰亚胺单元，除了亚三维结构和扩大的π电子离域体系有利于提升电子的多维有效传输和防止分子的聚集以外，加入了富电子基团噻吩，并随着噻吩单元的增加，使得HOMO能级升高，LUMO能级由于吸电子基团位于分子末端而保持不变，带隙不断变窄，能使得分子吸收光谱红移并变宽，有利于与宽带隙的聚合物给体材料匹配。

技术领域

本发明涉及高分子合成技术领域，具体涉及一种苝二酰亚胺类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油等化石能源日益枯竭，具有清洁、可再生、无限、易于获取等优点的太阳能日益受到重视。与传统的基于硅材料的太阳能电池相比，有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池能够通过便利的溶液法进行生产加工，具有质量轻、成本低、可制备柔性器件、可制备大面积器件等优势，因而日益受到研究者的重视。

苝二酰亚胺类(PDI)分子具有廉价、化学稳定性好、吸电子能力强、电子迁移率高等特点，且易于官能化以调节溶解性、能级和分子构象，因而受到了研究者的关注。为了克服PDI分子因平面性好，π-π作用强而形成过大晶体的劣势，使用桥联线性或亚三维结构的分子可大大提高其光伏性能。

本发明设计的PDI类化合物采用以3,3’-联噻吩作为分子核心单元的一系列寡聚噻吩为核，连接四个PDI分子，具有较大的共轭结构与亚三维结构，不仅可以抑制结晶，而且具有多维电子传输特性，能得到较高的电子迁移率。此外，由于加入了富电子基团噻吩，并随着噻吩单元的增加，HOMO能级升高，LUMO能级由于吸电子基团位于分子末端而保持不变，带隙不断变窄，能使得分子吸收光谱红移并变宽，有利于与宽带隙的聚合物给体材料匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种苝二酰亚胺类化合物，该化合物具有式(1)结构：

其中，R为烷基链，R’为H或烷基链，X为H、氰基、烷氧基中的一种，n的取值为0或1或2。

上述方案中，R为5-30个碳原子的烷基链，R’为H或1-15个碳原子的烷基链，X为H或氰基或1-10个碳原子的烷氧基。

上述方案中，所述苝二酰亚胺类化合物为以下1a至1f中的任意一种：

上述苝二酰亚胺类化合物的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体保护、Pd₂(dba)₃和配体P(o-tol)₃的催化下，使1-溴苝二酰亚胺化合物与相应的四-三甲基氯化锡寡聚噻吩在甲苯于115℃反应，经分离提纯得到具有式(1)结构的苝二酰亚胺类化合物。

上述方案中，所述1-溴苝二酰亚胺化合物选自[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四-三甲基锡、[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(2,2’-联噻吩-5’-三甲基锡)、[3,3'-联噻吩]-2,2',5,5'-四(4-戊基噻吩-5-三甲基锡)中的一种。

上述方案中，所述四-三甲基氯化锡寡聚噻吩选自N,N’-二(2-乙基丙基)-1-溴-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-正丁氧基-苝二酰亚胺、N,N’-二(2-戊基己基)-1-溴-7-氰基-苝二酰亚胺中的一种。

上述苝二酰亚胺类化合物作为太阳能电池受体材料的应用。

优选的，上述苝二酰亚胺类化合物用作钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料的应用。