一种n-苯基富勒烯吡咯烷衍生物及其制备方法和用途
【专利摘要】本发明公开了一种N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物及其制备方法和用途。具体而言，本发明提供了一种如式（I）所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物，其中：R1为C1-C10的直链或支链烷氧基、C2-C10的直链或支链烯氧基、C2-C10的直链或支链炔氧基、苯氧基或萘氧基；R2为氢、C1-C10的直链或支链烷氧基、C2-C10的直链或支链烯氧基、C2-C10的直链或支链炔氧基、苯氧基或萘氧基。该衍生物可以通过在惰性气体保护下，以摩尔比为1:3~4:1.5~2的富勒烯C60、N-苯基甘氨酸和取代的苯甲醛为原料的加成环合反应来制备，进而作为能够替代PCBM的电子受体材料用于制备太阳能电池等光伏器件。
【专利说明】-种N-苯基富勒婦n比略烧衍生物及其制备方法和用途
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料化学领域，涉及一种富勒帰化咯焼衍生物，具体涉及一种N-苯基 富勒帰化咯焼衍生物，其制备方法，及其作为受体材料在制备光伏器件中的用途。
【背景技术】
[0002] 富勒帰C60具有H维的大n电子体系，因此具有良好的接受电子的性质W及较高 的电子迁移率，是一种良好的n-型半导体材料。此外，富勒帰具有缺电子帰姪的特征，易于 发生加成反应，因此可W通过加成反应来制备各种富勒帰衍生物。通过选择加成类型和加 成基团还可W进一步调控富勒帰的电学性质、光学性质、溶解度W及与其他材料的兼容性 等。近年来，富勒帰及其衍生物已被广泛应用于聚合物太阳能电池、场效应晶体管等有机光 电子器件，并表现出良好的性能及广阔的应用前景。
[0003] C60衍生物中的化，6)-苯基-C61-下酸甲醋（PCBM)是一种最为典型的富勒帰基 电子受体材料，目前已实现商品化。PCBM不但具有良好的电学性能，而且可W与多种聚合物 给体材料混溶并表现出良好的兼容性，已经广泛应用于聚合物太阳电池。PCBM最早由化ed Wudl等人合成，是在C60的6, 6键上加成W生成环丙焼衍生物。但是，由于在合成过程中会 同时产生在5, 6键上加成的产物，并且两种产物的极性相近，因此，对后续的分离工作要求 也较高。
[0004] 富勒帰化咯焼衍生物也是一类较为常见的富勒帰6, 6键加成产物，其合成路线简 单且没有5, 6键加成产物生成，后续分离工作相对简单。由于化咯焼基团的加成会在一定 程度上提高富勒帰C60的最低未占有轨道（LUM0)能级，因此W该类衍生物作为聚合物电池 的受体材料有望获得更高的开路电压（Voc)。作为受体材料使用的富勒帰化咯焼衍生物已 有报道，其化咯焼基的2位多为苯基、喔吩基或巧基等芳基或杂芳基取代基，N位多为甲基 和己基等焼基取代基。在相同实验条件下，基于该类衍生物的光伏器件与基于PCBM的器 件的性能差异主要与其化咯环上的取代基种类相关。因此，通过从种类繁多的取代基中为 C60衍生物的化咯环选取合适的取代基，进而合成性能接近于或优于PCBM的受体材料已成 为当务之急。
【发明内容】
[0005] 针对上述情况，本发明设计并成功制备出一系列N位为苯基取代基的富勒帰化咯 焼衍生物（FP1、FP2、FP3和FP4)，其中FP1的光伏性能与PCBM非常接近，FP2、FP3和FP4也 均表现出良好的光伏性能。
[0006] 本发明的目的在于提供一种如式（I)所示的N-苯基富勒帰化咯焼衍生物：
【权利要求】
1. 如式（I)所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物：
其中=R1为C1-Cltl的直链或支链烷氧基X2-Cltl的直链或支链烯氧基X2-Cltl的直链或支 链炔氧基、苯氧基或萘氧基；R2为氢、C1-Cltl的直链或支链烷氧基、C2-Cltl的直链或支链烯氧 基、C2-Cltl的直链或支链炔氧基、苯氧基或萘氧基。
2. 根据权利要求1所述的如式（I)所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物，其特征在于， 式（I)中R1为C1-Cltl的直链或支链烷氧基，R2为氢或C1-Cltl的直链或支链烷氧基。
3. 根据权利要求1所述的如式（I)所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物，其特征在于， 式（I)中R1为甲氧基、己氧基或2-乙基己氧基，R2为氢或己氧基。
4. 一种根据权利要求1至3中任一项所述的如式（I)所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍 生物的制备方法，其包括如下步骤： 1)在惰性气氛下，向无水溶剂中加入富勒烯C60、N-苯基甘氨酸和取代的苯甲醛，其摩 尔比为1:3~4:1. 5~2,搅拌并加热回流6~12个小时，冷却至室温后得到混合液； 2) 将步骤1)中获得的混合液减压蒸馏，通过硅胶柱色谱法分离得到N-苯基富勒烯吡 咯烷衍生物粗品，其中淋洗剂是体积比为10:广1:1的正己烷/甲苯混合溶剂； 3) 将步骤2)中获得的粗品通过高效液相色谱法进行纯化，减压蒸馏后依次使用正己 烷、甲醇清洗2次，真空干燥12小时，即得N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述惰性气体为N2或Ar。
6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述无水溶剂为无水甲苯 或无水氯苯。
7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述取代的苯甲醛中的取 代基为C1-Cltl的直链或支链烷氧基、C2-Cltl的直链或支链烯氧基、C2-Cltl的直链或支链炔氧 基、苯氧基或萘氧基。
8. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述富勒烯C60、N-苯基 甘氨酸和取代的苯甲醛的摩尔比为1:4:2。
9. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述富勒烯C60在无水溶 剂中的浓度为l-3mg/ml。
10. 根据权利要求1至3中任一项所述的如式（I)所示的N-苯基富勒烯吡咯烷衍生物 作为受体材料在制备光伏器件中的用途。
【文档编号】H01L51/46GK104447507SQ201410664601
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】冯莱, 周祎, 梁雨岚, 刘晓东, 郝亚娟 申请人:苏州大学