[发明专利]一类硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物的制备方法及其在电致变色器件中的应用

说明书

本发明公开了一类硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物的制备方法及其电致变色器件的应用。根据BNDT小分子的选择性后期功能化制备了两种BNDTV²⁺，经过一系列的比较发现，共轭结构II硼氮杂苯并联噻吩衍生物6b具有较大的吸收波长和较低的带隙，氧化还原性能更好。此外，对其在电致变色器件中的应用进行了系统的研究，结果表明，硼氮杂苯并联噻吩衍生物6b具有较长的颜色转换时间、较高的颜色对比度和着色效率及较好的循环稳定性。该项研究不仅拓展了紫精衍生物的结构类型，而且丰富了BN化合物的应用领域，为设计新型含紫精和BN的功能材料提供了一条可行的途径。

技术领域

本发明属于紫精衍生物及其电致变色器件制备技术领域，具体涉及一类硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物的制备方法及其电致变色器件的应用。

背景技术

紫精化合物(N-烷基化的联吡啶盐)具有三种氧化还原状态和强的电子接受能力，在施加电压的条件下可发生明显的颜色变化。变色的机理的解释如下：

可以看出，在加电压时化合物可经历两步可逆的单电子氧化还原过程：紫精化合物因其独特的光电性质而被学者们广泛研究，可以被应用在电致变色、催化产氢、场效应晶体管、超分子自组装、以及能量存储(超级电容器和液流电池)等诸多领域。然而，作为强的阳离子型电子受体，紫精化合物的共轭程度通常较小，其衍生物在溶液中大多不具备良好的吸光能力，限制了光学器件的进一步发展。为了克服这一局限性，用主族元素桥联和在两个吡啶单元之间引入共轭芳香支架是设计新型光电功能紫精衍生物的常用策略。吡啶基的交叉偶联反应为后者提供了有力的支持。在众多可能的分子结构中，噻吩紫精衍生物可以充分结合紫精与噻吩的优势而提升紫精化合物在应用中的性能。

另一方面，具有π-共轭结构的噻吩稠合硼氮(BN)多环芳烃因其独特的光电特性同样在光电器件的应用中吸引了研究者极大的兴趣。为了进一步解决紫精化合物吸光性能差和电导率低等问题，如果BN键可以被引入到噻吩紫精的骨架中，就可能通过电子和共轭结构的精确调控，显著提升紫精衍生物的可见光吸收能力，有望开发出性能优良的电致变色显示器件(ECD)。2020年，Wan等人通过芳香性驱动开环反应和Suzuki交叉偶联将9,10-硼氮杂菲引入到联吡啶体系中，研究表明BN键的掺入较其全碳类似物表现出更好的单分子电导率，表明BN键对联吡啶衍生物的性质会有很大的影响。2021年，He等制备了一系列具有AIE性质的硼氮杂菲紫精衍生物，并对其电致变色和电致荧光变色行为应用进行了系统性研究。这些研究表明，在紫精体系中引入BN键可以有效地减小分子的光学带隙，提高分子的吸光能力与电子转移能力。

基于以上研究背景，不难想象，如果能够合成出同时具有噻吩基和BN单元的硼氮杂苯并联噻吩衍生物将是进一步扩展噻吩紫精共轭程度的潜在候选材料。更重要的是，尽管许多具有π共轭结构扩展的紫精衍生物已经被陆续报道，但关于共轭扩展方向的不同对其性能影响的研究仍然很少，尤其是含有BN键的紫精衍生物。

发明内容

本发明的目的在于提供一类硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物的制备方法及其在电致变色器件中的应用，不仅拓展了硼氮共轭多环芳烃的应用领域，更为性能优异紫精衍生物的开发提供思路。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一类硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物，包括以下两种结构的化合物：

本发明还公开了上述硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物在制备电致变色器件中的应用。

优选地，制备电致变色器件时，包括以下步骤：

1)先用紫外固化胶将两片ITO导电玻璃贴合成具有空腔的器件基底；

2)将权利要求1所述的硼氮杂苯并联噻吩紫精衍生物溶于DMF中，制得混合溶液；