一种近红外有机电子受体及其制备方法和应用

本发明涉及有机电子受体领域，具体涉及一种近红外有机电子受体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光电池是一种将入射光子转换为电流的半导体器件，既可以捕获太阳光用作清洁能源(太阳电池)，也可以作为光探测器用于图像传感、信息传输和生物检测等领域。

2、近年来，近红外有机电子受体的成功开发，拓宽了光电池的光电响应范围，从而大大促进了光电池的性能突破。但是，目前高性能的有机电子受体，无论是吸收边分别在800nm和930nm附近的itic(adv.mater.2015,27,1170-1174)和y6(joule 2019,3,1140-1151)，还是吸收边拓展至1000nm左右的ieico-4f(angew.chem.int.ed.2017,56,3045-3049)和coi8dfic(sci.bull.2017,62,1494-1496)，中心共轭骨架都是稠环结构，复杂的合成步骤导致其成本居高不下，不利于今后的实际应用。

3、公开号为cn113880829a的专利说明书公开了中心结构单元具有非稠合特征的有机光伏材料，但并未公开其在红外区域的吸光情况。

技术实现思路

1、本发明提供了一种近红外有机电子受体，通过在有机电子受体的四噻吩非稠环骨架中引入给电子性的烷氧基侧链(-or基团)，使该受体薄膜的主要吸光范围处于780-1000nm的近红外区。因此，基于该受体构筑的光电池，可以高效地将近红外光转换为电流，在太阳电池和光探测领域有应用前景。此外，该电子受体合成简便，有利于今后的实际应用。

2、具体技术方案如下：

3、一种近红外有机电子受体，具有如下的化学结构：

4、

5、其中，r是具有1-18个碳原子的直链型或支链型烷基，a是吸电子官能团。

6、本发明以基于四噻吩的非稠环结构作为有机电子受体的中心共轭骨架，引入给电子性的烷氧基侧链(-or基团)，以增强中心共轭骨架与两边吸电子官能团之间的分子内电荷转移效应，并通过大位阻取代基——三异丙基取代的苯环来抑制以单键相连的噻吩环-噻吩环之间的内旋转，保证受体分子的平面性，有利于π电子在整个受体分子内的离域，从而成功将吸光范围移动至近红外区域。

7、优选的，所述的近红外有机电子受体，r是2-乙基己基。

8、优选的，所述的近红外有机电子受体，a是以下化学结构中的任一种：

9、

10、其中，x、y分别独立为氢原子、卤素原子、甲基、三氟甲基或甲氧基。

11、进一步优选的，所述的近红外有机电子受体，a具有以下的化学结构：

12、

13、本发明还提供了一种近红外有机电子受体的制备方法，合成路线如下：

14、

15、所述制备方法包括步骤：

16、(1)化合物1和(2,4,6-三异丙基苯基)硼酸经suzuki偶联反应得到化合物2；

17、(2)化合物2和buli(丁基锂)、me3sncl(三甲基氯化锡)在四氢呋喃中反应得到化合物3；

18、(3)化合物3和5-溴-4-((2-乙基己基)氧基)噻吩-2-甲醛(5-bromo-4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene-2-carbaldehyde，cas号2055812-54-7)经stille偶联反应得到化合物4；

19、(4)化合物4和2-(5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1h-茚-1-亚基)丙二腈(2-(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1h-inden-1-ylidene)malononitrile，或称双氟ic，dfic，cas号2083617-82-5)经knoevenagel缩合反应得到化合物5，即近红外有机电子受体o-4t。

20、本发明还提供了所述的近红外有机电子受体或所述的制备方法制备得到的近红外有机电子受体o-4t在光电池、(近红外)光探测器、生物活检领域中的应用。

21、作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种光电池，包括由下至上依次设置的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极；

22、所述活性层是所述的近红外有机电子受体、所述的制备方法制备得到的近红外有机电子受体o-4t中的至少一种和聚合物给体的共混膜。

23、优选的，所述的光电池，所述活性层中聚合物给体与近红外有机电子受体的质量比为3:1～9。

24、优选的，所述的光电池，所述活性层的厚度为40～300nm。

25、优选的，所述的光电池，所述聚合物给体为pce10。

26、优选的，所述的光电池，所述衬底是玻璃；所述阳极是ito；所述空穴传输层是pedot:pss；所述电子传输层是pdinn；所述阴极是ag。

27、本发明提供了一种简单的四噻吩非稠环结构作为有机电子受体的中心共轭骨架，通过给电子性侧链-or基团的引入，将受体薄膜的主要吸光范围红移至近红外区域，并由此构筑了高效的光电池。

28、本发明与现有技术相比，有益效果有：

29、1、设计的受体分子结构简单，原料廉价易得，合成步骤少，成本低，方便今后的实际应用。

30、2、本发明获得的近红外有机电子受体及其光电池应用前景广阔，如受体分子o-4t，其薄膜的吸收光谱几乎全部处于780-1000nm的近红外区，可见光区基本不吸光，这在所有已报道的近红外有机电子受体中是很少见的，因此非常适宜制备透明的有机太阳电池，用作建筑物和电动汽车的光伏玻璃。另外，鉴于近红外光在穿透生物组织时损耗少，因此o-4t也适于制备光探测器，应用于生物活检领域。

技术特征：

1.一种近红外有机电子受体，其特征在于，具有如下的化学结构：

2.根据权利要求1所述的近红外有机电子受体，其特征在于，r是2-乙基己基。

3.根据权利要求1所述的近红外有机电子受体，其特征在于，a是以下化学结构中的任一种：

4.根据权利要求3所述的近红外有机电子受体，其特征在于，a具有以下的化学结构：

5.一种近红外有机电子受体的制备方法，其特征在于，合成路线如下：

6.根据权利要求1-4任一项所述的近红外有机电子受体或权利要求5所述的制备方法制备得到的近红外有机电子受体o-4t在光电池、光探测器、生物活检领域中的应用。

7.一种光电池，其特征在于，包括由下至上依次设置的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极；

8.根据权利要求7所述的光电池，其特征在于，所述活性层中聚合物给体与近红外有机电子受体的质量比为3:1～9，所述活性层的厚度为40～300nm。

9.根据权利要求7或8所述的光电池，其特征在于，所述聚合物给体为pce10。

10.根据权利要求7所述的光电池，其特征在于，所述衬底是玻璃；所述阳极是ito；所述空穴传输层是pedot:pss；所述电子传输层是pdinn；所述阴极是ag。

技术总结
本发明公开了一种近红外有机电子受体及其制备方法和在光电池、光探测器、生物活检领域中的应用。近红外有机电子受体具有如下的化学结构：其中，R是具有1‑18个碳原子的直链型或支链型烷基，A是吸电子官能团。本发明通过在有机电子受体的四噻吩非稠环骨架中引入给电子性的烷氧基侧链(‑OR基团)，使该受体薄膜的主要吸光范围处于780‑1000nm的近红外区。因此，基于该受体构筑的光电池，可以高效地将近红外光转换为电流，在太阳电池和光探测领域有应用前景。此外，该电子受体合成简便，有利于今后的实际应用。

技术研发人员：陈红征,沈晴,何程亮,施敏敏,李水兴
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12