非对称酰亚胺化合物及其制备方法和用途

本申请涉及有机光电材料，尤其涉及一种非对称酰亚胺化合物及其制备方法和用途。

背景技术：

1、有机场效应晶体管(ofets)具有质轻、价廉、可溶液加工和柔韧性好等优点，在柔性显示、可穿戴设备、电子皮肤等领域内有广阔的应用前景。根据晶体管通道中主载流子的极性，半导体材料可分为p-型(空穴主载)和n-型(电子主载)。电子传输过程中极易被空气中的水、氧等捕获，从而极大程度上限制了迁移率和稳定性，使其器件(n-型半导体)性能远远落后于p-型半导体，这种p/n-型ofets的不均衡发展，严重限制了其实际应用。因此，设计合成具有高迁移率、良好加工性的n-型有机半导体材料仍然是ofets领域面临的一个重大挑战。

2、目前，在化合物骨架中引入缺电子单元后，由于强拉电子能力，能够有效的降低分子lumo(lowest unoccupied molecular orbital，最低未占分子轨道)能级，既有利于增加材料的稳定性，又有利于半导体材料与常用的高功函金属电极之间的匹配，降低电子载流子的注入势垒。目前，缺电子单元主要包括：酰亚胺基构建单元，含b-n键构建单元，苯并噻二唑基构建单元等。其中，酰亚胺强拉电子能力使得相应的化合物具有较低的lumo能级，从而很好实现n-型半导体特性，同时通过在氮原子上引入烷基链，可以获得良好的溶液加工性。酰亚胺独特优势为设计合成高性能新型n-型化半导体材料提供了极其优异的构建单元。

3、基于酰亚胺的化合物，特别是含萘二酰亚胺(ndi)和苝二酰亚胺(pdi)半导体材料可以有效地提升n-型半导体材料器件性能。国内外研究人员对ndi和pdi的衍生物开展了许多特色研究，一方面，通过对酰亚胺进行稠合并且延长共轭骨架结构，特别是噻吩环并入能够有效促进整个π-体系的电子离域，从而增强了π-π堆积和电荷输运能力。然而，酰亚胺高分半导体材料的研究仍面临一些关键问题和挑战，新型酰亚胺缺电子单元，特别是构建高性能的n-型化合物的缺电子单元仍然缺乏。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的一个目的在于提出一种非对称酰亚胺化合物，以综合性能优异的酰亚胺为切入点，合成不同于已有的对称酰亚胺核心共轭骨架，能够有效降低分子lumo能级，解决了缺电子单元匮乏的问题。

3、本申请的第二个目的在于提出一种非对称酰亚胺化合物的制备方法，具有操作便捷安全、合成率较高等优点。

4、本申请的第三个目的在于提出一种非对称酰亚胺化合物在有机场效应晶体管器件中的应用，将合成后的非对称酰亚胺化合物应用在有机场效应晶体管中，从而能够获得空气稳定、高迁移率的n-型半导体材料。

5、为实现上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种非对称酰亚胺化合物，具有如式(i)所示的结构：

6、

7、其中，

8、r1、r2彼此独立地选自c1-c30的取代或未取代的烷基，所述烷基的取代基选自氟、氯、氰基、氨基、烷氧基、硅氧基；

9、r3选自氢、卤素、氰基、苯基、萘基、呋喃基、噻吩基、硒吩基、并噻吩基、苯并噻吩基、吡咯基、吡唑基、硒唑基、噻唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、咪唑基、吩嗪基、咔啉基、苯并噻唑基、苯并咪唑基。

10、本申请实施例的非对称酰亚胺化合物，以综合性能优异的酰亚胺为切入点，合成不同于已有的非对称酰亚胺核心共轭骨架，能够有效降低分子lumo能级，解决了缺电子单元匮乏的问题。

11、另外，根据本申请上述提出的非对称酰亚胺化合物及其制备方法和用途还可以具有如下附加的技术特征：

12、在本申请的一个实施例中，其结构式如式i-1至i-9任一所示：

13、

14、本申请第二方面实施例提出了一种非对称酰亚胺化合物的制备方法，具体为如下步骤：以式(ii)所示化合物和溴代化合物为原料，在催化剂的作用下，经c-h偶联反应得到，反应式如下：

15、

16、在本申请的一个实施例中，所述催化剂为醋酸钯，且所述醋酸钯无需含磷配体。

17、本申请第三方面实施例提出了非对称酰亚胺化合物的用途，所述非对称酰亚胺化合物应用在机场效应晶体管器件中。

18、在本申请的一个实施例中，所述有机场效应晶体管器件由下至上依次包括：基底、有机半导体层、介电层和栅极，其中，所述有机半导体层处设置有源电极和漏电极，且所述有机半导体层的材质为所述非对称酰亚胺化合物。

19、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种非对称酰亚胺化合物，其特征在于，具有如式(i)所示的结构：

2.根据权利要求1所述的非对称酰亚胺化合物，其特征在于，其结构式如式i-1至i-9任一所示：

3.一种基于权利要求1或2所述的非对称酰亚胺化合物的制备方法，其特征在于，具体为如下步骤：以式(ii)所示化合物和溴代化合物为原料，在催化剂的作用下，经c-h偶联反应得到，反应式如下：

4.根据权利要求3所述的非对称酰亚胺化合物的制备方法，其特征在于，所述催化剂为醋酸钯，且所述醋酸钯无需含磷配体。

5.一种基于权利要求1或2所述的非对称酰亚胺化合物的用途，其特征在于，所述非对称酰亚胺化合物应用在有机场效应晶体管器件中。

6.根据权利要求5所述的非对称酰亚胺化合物的用途，其特征在于，所述有机场效应晶体管器件由下至上依次包括：基底、有机半导体层、介电层和栅极，其中，所述有机半导体层处设置有源电极和漏电极，且所述有机半导体层的材质为所述非对称酰亚胺化合物。

技术总结
本申请公开了一种非对称酰亚胺化合物及其制备方法和用途，具有如式(I)所示的结构，其中，R1、R2彼此独立地选自C1‑C30的取代或未取代的烷基，烷基的取代基选自氟、氯、氰基、氨基、烷氧基、硅氧基；R3选自氢、卤素、氰基、苯基、萘基、呋喃基、噻吩基、硒吩基、并噻吩基、苯并噻吩基、吡咯基、吡唑基、硒唑基、噻唑基、吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、咪唑基、吩嗪基、咔啉基、苯并噻唑基、苯并咪唑基。由此，以综合性能优异的酰亚胺为切入点，合成不同于已有的对称酰亚胺核心共轭骨架，能够有效降低分子LUMO能级，解决了缺电子单元匮乏的问题。

技术研发人员：王士凡,孙华,董黎明,臧运晓,丁跃,杜文园,宫贵贞,周俊
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15