一种DPP桥联的苝酰亚胺类化合物及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用

本发明属于杂环化合物，具体涉及一种dpp桥联的苝酰亚胺类化合物及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用。

背景技术：

1、苝酰亚胺(perylene imides)类化合物具有廉价、光化学稳定性好、吸光能力强、电子迁移率高等特点，且易于官能化以调节溶解性、能级和分子构型，因而受到了研究者的广泛关注。在材料合成和器件物理等多领域研究工作者的共同努力下，苝酰亚胺类材料在有机半导体领域内得到长足发展，展现出极其优越的应用前景。虽然苝酰亚胺分子较大的平面共轭结构有利于其形成紧密的π-π堆积，从而获得较高的电子迁移率。然而，当其应用于有机太阳能电池(oscs)器件中，这种聚集行为会导致相分离尺度过大，严重阻碍激子的高效解离，进而大幅降低器件的性能。因此，取得分子共轭尺寸与扭曲程度的平衡以兼顾载流子迁移率与激子解离效率是获得高性能苝酰亚胺类受体的有效途径。

2、然而现有苝酰亚胺类化合物普遍存在如下缺点：(1)苝酰亚胺分子之间相互作用比较强，容易发生自身聚集。(2)激子解离困难，这是因为给受体材料之间容易发生大的相分离。因此，需要对苝酰亚胺类电子受体材料进行进一步的结构改造。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种吡咯并吡咯二酮(2,5-dihydro-1,4-diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole，简称dpp)桥联的苝酰亚胺类化合物及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用，该类化合物以dpp作为连接两个苝酰亚胺分子的桥梁d单元得到了一种dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，结合苝酰亚胺类和吡咯并吡咯二酮化合物的优势，以其为半导体层制备的有机太阳能电池器件光电转化效率高。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、提供一种dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，其结构式如下：

4、

5、a为

6、

7、其中r1选自c1～c20取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c15的烷基，更进一步优选为辛烷基，最优先为

8、r2选自c1～c30取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c25的烷基，更进一步优选为十三烷基，最优选为

9、r3选自c1～c30取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c25的烷基，更进一步优选为十三烷基，最优选为

10、按上述方案，所述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物具有如下结构式：

11、

12、

13、本发明还提供了上述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，具体步骤如下：将下述式(1)所示化合物与dpp溶于混合溶剂中，在碱存在下，经钯催化剂催化进行suzuki偶联反应，然后分离提纯得到dpp桥联的苝酰亚胺类化合物；

14、式(1)所示化合物结构式如下：

15、

16、其中a为

17、

18、dpp结构式如下：

19、

20、其中r1选自c1～c20取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c15的烷基，更进一步优选为辛烷基，最优先为

21、r2选自c1～c30取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c25的烷基，更进一步优选为十三烷基，最优选为

22、r3选自c1～c30取代的或未取代的烷基，进一步选自未取代的c3～c25的烷基，更进一步优选为十三烷基，最优选为

23、反应式如下：

24、

25、按上述方案，所述式(1)所示化合物与dpp的摩尔比为0.1～10：1。

26、按上述方案，所述混合溶剂由甲苯、乙醇与水按照体积比1：0.05～0.5：

27、0.05～0.5混合得到，所述dpp与混合溶剂的质量体积比为1g/50～100ml。

28、按上述方案，所述碱为碳酸钾，碳酸钠，醋酸钾，碳酸铯，醋酸钠，磷酸钾中的一种或几种，所述dpp与碱的摩尔比为1：50～150。

29、按上述方案，所述钯催化剂为醋酸钯，氯化钯，溴化钯，四三苯基膦钯，1,1’-双二苯基膦二茂铁二氯化钯中的一种或几种，所述dpp与钯催化剂的摩尔比为1：0.05～0.8。

30、

31、按上述方案，suzuki偶联反应的温度为50～100℃，反应的时间为4～8h。

32、本发明还提供上述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的应用，该dpp桥联的苝酰亚胺类化合物应用于制备有机太阳能电池器件。进一步地，该dpp桥联的苝酰亚胺类化合物用作有机太阳能电池器件中的半导体层。

33、本发明首次合成上述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，该化合物作为电子受体材料用于有机太阳能电池中与电子给体的分子表面静电势存在较大的差异，相应的分子间电场提供了激子解离的驱动力，促进了电荷的高效生成，从而提高了有机太阳能电池的效率。

34、本发明的有益效果在于：1、本发明提供的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物光化学稳定性好、吸光能力强、电子迁移率高，用作有机太阳能电池器件中的半导体层，以其为半导体层制备的有机太阳能电池器件光电转化效率高。2、本发明的制备方法合成路线简单，反应条件温和，原料成本相对低廉，产率高。

技术特征：

1.一种dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，其特征在于，其结构式如下：

2.根据权利要求1所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，其特征在于，所述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物具有如下结构式：

3.根据权利要求1所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物，其特征在于，所述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物具有如下结构式：

4.一种权利要求1-3任一项所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将下述式(1)所示化合物与dpp溶于混合溶剂中，在碱存在下，经钯催化剂催化进行suzuki偶联反应，然后分离提纯得到dpp桥联的苝酰亚胺类化合物；

5.根据权利要求4所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述式(1)所示化合物与dpp的摩尔比为0.1～10：1。

6.根据权利要求4所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂由甲苯、乙醇与水按照体积比1：0.05～0.5：0.05～0.5混合得到，所述dpp与混合溶剂的质量体积比为1g/50～100ml。

7.根据权利要求4所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述碱为碳酸钾，碳酸钠，醋酸钾，碳酸铯，醋酸钠，磷酸钾中的一种或几种，所述dpp与碱的摩尔比为1：50～150。

8.根据权利要求4所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述钯催化剂为醋酸钯，氯化钯，溴化钯，四三苯基膦钯，1,1’-双二苯基膦二茂铁二氯化钯中的一种或几种，所述dpp与钯催化剂的摩尔比为1：0.05～0.8。

9.根据权利要求4所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的制备方法，其特征在于，suzuki偶联反应的温度为50～100℃，反应的时间为4～8h。

10.权利要求1-3任一项所述的dpp桥联的苝酰亚胺类化合物的应用，其特征在于，所述dpp桥联的苝酰亚胺类化合物应用于制备有机太阳能电池器件。

技术总结
本发明涉及一种DPP桥联的苝酰亚胺类化合物及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用，所述苝酰亚胺类化合物结构式如下：A为或其中R<supgt;1</supgt;选自C1～C20取代的或未取代的烷基，R<supgt;2</supgt;选自C1～C30取代的或未取代的烷基，R<supgt;3</supgt;选自C1～C30取代的或未取代的烷基。本发明提供的DPP桥联的苝酰亚胺类化合物光化学稳定性好、吸光能力强、电子迁移率高，用作有机太阳能电池器件中的半导体层，以其为半导体层制备的有机太阳能电池器件光电转化效率高。

技术研发人员：吴迪,秦啸天,邵光伟,陈宬
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13