CN102453234B - 金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于光电子材料领域，其公开了一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料及其制备方法和应用；该金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料具有结构式(P)
Figure DSA00000324139300011
式中：n为1-100间的整数，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M为金属离子。本发明提供的一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，成膜性能好，吸光度强，对光吸收范围宽，提高了其对太阳光的利用率；还具有较好的热稳定性和环境稳定性。此外，其制备方法工艺简单、易于操作和控制。

Description

金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种有机半导体材料，更具体的涉及一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料。
本发明还涉及金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法及其应用。
背景技术
利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,etal.Science,1992,258,1474）上报道共轭聚合物与C60之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。
卟啉分子是在卟吩环上连有取代基的一类大环化合物的总称，卟吩是由四个吡咯环和四个次甲基桥联起来的单双键交替的平面结构大环离域π电子共轭体系。它们电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好的电子缓冲性和光电磁性，良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。因此，卟啉类有机半导体材料是一类很有前途的材料，其在光伏领域的应用已得到广泛研究。元素周期表中几乎所有的金属和一些非金属元素都可以与卟啉作用形成配合物。在这些化合物中，包括了大部分的主族和副族金属元素，一些镧系金属(Pr，Eu，Yb等)也己经合成。由于卟啉是具有18个π电子的大共轨体系，其环内电子流动性非常好，因此，大多数金属卟啉化合物都有较好的光电性质。
噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑是一种具有优良的平面结构，含有一个五元环和六元环骨架的受体单元，具有分子内电荷转移性质和优异的电化学还原性质。单元的S和N之间的作用力使得聚合物聚集态结构有序化，从而对降低带隙有利，因此，它经常作为受体单元引入到光电材料中以调节带宽和还原电势。在光伏材料中引入受体单元噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑引入到给电子的卟啉单元中形成的具有给体-受体结构单元的给体材料，不但可以进一步降低带隙，并同时具有高的空穴迁移率和宽的太阳光吸收光谱范围。
近年来，含硅共轭聚合物在光电功能材料的研究中也受到越来越多的重视。一方面是由于硅原子以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭聚合物中，能显著改变聚合物的电子结构和分子状态，从而调控聚合物的光电性能；另一方面，硅是一种广泛应用于现代电子电器等行业的无机功能材料，含硅共轭聚合物作为一种有机-无机杂化材料具有很高的研究和开发价值。硅芴是良好的光电基团，具有很好的热稳定性，以及较低的最低未占有轨道(LUMO)和较高的三线态能级，从而具有较高的电子亲和力和较高的电子注入和传输能力，并可以用作主体材料。
然而含有硅芴的金属卟啉-噻吩并噻二唑的有机半导体材料至今仍没有文献和专利报道，这就大大限制了有机半导体材料的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，其可以解决上述问题。
本发明的目的还在于提供一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法及其应用。
本发明所涉及的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，具有以下结构（P）：
Figure GDA00003320870200031
式中：n为1-100间的整数，R1，R2，R3，R4为相同或不相同的H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个相同或不相同的C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M为金属离子，可以但不限于Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+等金属离子。
本发明所设计的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法，步骤如下：
步骤S1、将5,7-二溴噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（s）溶于第一有机溶剂中，用液氮/异丙醇降温至-78℃，然后滴加正丁基锂（n-BuLi），并在-78℃反应1-5小时，再加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷（x），继续在-78℃下反应0.5-5小时，然后自然升温至室温，反应1-48小时，得到5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）；其中，所述第一有机溶剂中为四氢呋喃、乙醚或者二氧六环中的至少一种；所述4,7-二(三丁基锡)-2,1,3-噻吩并噻二唑与三正丁基氯化锡的摩尔比1:1～10；反应式如下：
Figure GDA00003320870200041
步骤S2、将二吡咯甲烷（a）、第一硅芴衍生物（b）以及第二硅芴衍生物（c）按摩尔比i:j:k溶于含有氧化剂和第一催化剂的第二有机溶剂中，于20-100℃温度下，反应1-24小时，得到硅芴卟啉衍生物（d）；其中，i:j:k=2:1:1；所述第一催化剂为丙酸、三氟乙酸；所述氧化剂为二氯二氰基苯醌；所述第二有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或两种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200042
式中，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；
步骤S3、将步骤S2中得到的硅芴卟啉衍生物（d）和溴化剂按摩尔比1:2～1:5加入到第三有机溶剂中，于0～120℃下反应1～72小时，得到二溴硅芴卟啉衍生物（e）；其中，所述溴化剂为N-溴代丁二酰亚胺（NBS）；所述第三有机溶剂为四氢呋喃（THF）、氯仿、二甲基酰胺（DMF）或邻二氯苯中的至少一种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200051
步骤S4、将步骤S3中得到的二溴硅芴卟啉衍生物（e）溶于第四有机溶剂中，接着加入含M金属离子的溶液，于0-30℃下搅拌0.5-24小时，得到二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）；其中，所述二溴硅芴卟啉衍生物和M金属离子的摩尔比为1:1～1:5；M金属离子溶液可以为甲醇、乙醇或水溶液，M金属离子可以但不限于Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+等，形成M金属离子的盐类可以包括M(OAc)2、MCl2、MSO4、M(NO3)2等；第四有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、苯、甲苯中的至少一种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200061
步骤S5、无氧环境中，将步骤S4中得到的二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）和5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）按摩尔比1:2～2:1溶于含有第二催化剂的第五有机溶剂中，于50-120℃中进行Suzuki耦合反应12～72小时，得到所述金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料（P）；其中，所述第二催化剂为有机钯或有机钯与有机磷配体的混合物；所述第二催化剂的摩尔用量为5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）摩尔用量的0.01%-20%；所述有机钯为Pd2(dba)3、Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2或Pd(PPh3)2Cl2；所述有机磷配体为P(o-Tol)3、三环己基膦；所述有机钯与有机磷配体的混合物中，有机钯与有机磷配体的摩尔比为1:1～20；所述第五有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氧六环、二甲基酰胺、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜、苯、氯苯或甲苯中的至少一种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200071
式中，n为1-100间的整数。
上述金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料可以在有机太阳能电池，有机电致发光，有机场效应晶体管，有机光存储，有机非线性器件和有机激光器件等领域中得到很好的应用。
本发明开发的含硅芴的金属卟啉-噻吩并噻二唑的有机半导体材料，该类材料通过引入硅芴基团到卟啉架构上，并通过金属离子的配位作用，调整了卟啉聚合物的带隙，进而获得更好的稳定性和良好的成膜性，拓宽了可见光谱吸收范围，使其吸收范围延伸至近红外区，提高其对太阳光的利用率，同时提高了载流子迁移率，扩大了它们在有机太阳能电池等领域的应用范围。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明中的有机半导体材料分子中含有的硅芴单元，具有良好的热稳定性，以及较高的电子亲和力和较高的电子注入和传输能力；
2.同时还含有卟啉单元，具有平面结构的大环离域π电子共轭体系，电荷转移和能量转移反应的量子效率较高，具有良好的刚柔性和较好热稳定性和环境稳定性。
3.同时还含有噻吩并噻二唑单元，它具有吸电子特性和高度的电子转移能力，将其与电子给体材料进行匹配，可以降低材料的能隙，拓宽对太阳光的吸收范围。
4.本发明的有机半导体材料由于同时包含了硅芴结构单元、卟啉单元和噻吩并噻二唑单元，兼顾了它们的性能优势，并扩展了该有机半导体材料对太阳光的吸收范围，增加了与太阳辐射光谱的匹配度，从而有效扩展了该有机半导体材料在聚合物太阳能电池、有机电致发光器件、有机场效应晶体管、有机光存储器件或／和有机激光器件中的应用；
5.所述有机半导体材料的制备工艺简单，易于操作和控制。
附图说明
图1为以以本发明中的有机半导体材料作为活性层的有机太阳能电池器件的结构示意图。
图2为以本发明中的有机半导体材料作为发光层的有机电致发光器件的结构示意图。
图3为以本发明中的有机半导体材料作为有机半导体层的有机场效应晶体管器件的结构示意图。
具体实施方式
本发明所涉及的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，具有以下结构（P）：
Figure GDA00003320870200091
式中：n为1-100间的整数，R1，R2，R3，R4为相同或不相同的H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个相同或不相同的C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M为金属离子，可以但不限于Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+等金属离子。
本发明所设计的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法，步骤如下：
步骤S1、将5,7-二溴噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（s）溶于第一有机溶剂中，用液氮/异丙醇降温至-78℃，然后滴加正丁基锂（n-BuLi），并在-78℃反应1-5小时，再加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷（x）或者为结构式为
Figure GDA00003320870200092
的双频哪醇合二硼，继续在-78℃下反应0.5-5小时，然后自然升温至室温，反应1-48小时，得到5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）；其中，所述第一有机溶剂中为四氢呋喃、乙醚或者二氧六环中的至少一种；所述4,7-二(三丁基锡)-2,1,3-噻吩并噻二唑与三正丁基氯化锡的摩尔比1:1～10；反应式如下：
Figure GDA00003320870200101
步骤S2、将二吡咯甲烷（a）、第一硅芴衍生物（b）以及第二硅芴衍生物（c）按摩尔比i:j:k溶于含有氧化剂和第一催化剂的第二有机溶剂中，于20-100℃温度下，反应1-24小时，得到硅芴卟啉衍生物（d）；其中，i:j:k=2:1:1；所述第一催化剂为丙酸、三氟乙酸；所述氧化剂为二氯二氰基苯醌；所述第二有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或两种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200102
式中，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；
步骤S3、将步骤S2中得到的硅芴卟啉衍生物（d）和溴化剂按摩尔比1:2～1:5加入到第三有机溶剂中，于0～120℃下反应1～72小时，得到二溴硅芴卟啉衍生物（e）；其中，所述溴化剂为N-溴代丁二酰亚胺（NBS）；所述第三有机溶剂为四氢呋喃、氯仿、二甲基酰胺或邻二氯苯中的至少一种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200111
步骤S4、将步骤S3中得到的二溴硅芴卟啉衍生物（e）溶于第四有机溶剂中，接着加入含M金属离子的溶液，于0-30℃下搅拌0.5-24小时，得到二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）；其中，所述二溴硅芴卟啉衍生物和M金属离子的摩尔比为1:1～1:5；M金属离子溶液可以为甲醇、乙醇或水溶液，M金属离子可以但不限于Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Sn2+等，形成M金属离子的盐类可以包括M(OAc)2、MCl2、MSO4、M(NO3)2等；第四有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、苯、甲苯中的至少一种；反应式如下：
Figure GDA00003320870200121
步骤S5、无氧环境中，将步骤S4中得到的二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）和5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）按摩尔比1:2～2:1溶于含有第二催化剂的第五有机溶剂中，于50-120℃中进行Suzuki耦合反应12～72小时，得到所述金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料（P）；其中，所述第二催化剂为有机钯或有机钯与有机磷配体的混合物；所述第二催化剂的摩尔用量为5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）摩尔用量的0.01%-20%；所述有机钯为Pd2(dba)3、Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2或Pd(PPh3)2Cl2；所述有机磷配体为P(o-Tol)3、三环己基膦；所述有机钯与有机磷配体的混合物中，有机钯与有机磷配体的摩尔比为1:1～20；所述第五有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氧六环、二甲基酰胺、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜、苯、氯苯或甲苯中的至少一种；反应式如下：
式中，n为1-100间的整数。
本发明的无氧环境气氛主要是氮气气氛，也可以是其他惰性气体气氛。
上述金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法中，2-溴-9-取代硅芴由2-溴硅芴的制得，参考文献：Macromolecules2002,35,3474；2-醛-9-取代硅芴由2-溴-9-取代硅芴的制得，参考文献：Macromolecules2006,39,456；二吡咯甲烷的制得，参考文献：Tetrahedron1994,39,11427。
本发明开发的含硅芴的金属卟啉-噻吩并噻二唑的有机半导体材料，该类材料通过引入硅芴基团到卟啉架构上，并通过金属离子的配位作用，调整了卟啉聚合物的带隙，进而获得更好的稳定性和良好的成膜性，拓宽了可见光谱吸收范围，使其吸收范围延伸至近红外区，提高其对太阳光的利用率，同时提高了载流子迁移率，扩大了它们在有机太阳能电池等领域的应用范围。
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
实施例1
本实施例公开一种结构如下的硅芴锌卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
Figure GDA00003320870200141
上式中，n=40；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
Figure GDA00003320870200142
在氮气的保护下，往三口瓶中加入对5,7-二溴噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(8.8g，0.03mol)，加入200ml的四氢呋喃溶剂，在-78℃条件下再用注射器慢慢注入正丁基锂(25.2mL,2.5M,0.06mol)，继续搅拌反应2h，在-78℃条件下用注射器注入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷(13mL,0.06mol)，室温下搅拌过夜。加入饱和氯化钠水溶液(30ml)终止反应，用氯仿萃取，无水硫酸钠干燥，抽虑后将滤液收集并旋蒸掉溶剂。最后将粗产物用石油醚/乙酸乙酯(15/1)为淋洗液进行硅胶柱层析分离，得到产物11.08g，产率93%。
GC-MS(EI-m/z):394(M+)
二、5,15-二(9’,9’-二辛基)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200151
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9,9-二辛基硅芴(0.44g,1mmol)与二吡咯甲烷(0.15g,1mmol)，溶解于250ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入丙酸1ml，20℃下搅拌24h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(0.91g,4mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入1ml三乙胺淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物0.49g，产率约为87%。
GC-MS(EI-m/z):1120(M+)
三、5,15-二溴-10,20-二(9’,9’-二辛基)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200152
搭好无水无氧装置，称取10,20-二(9’,9’-二辛基)硅芴卟啉(0.23g,0.2mmol)溶解于80ml氯仿中，加入1ml吡啶，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g,0.4mmol)，搅拌72h后，混合物恢复到室温，然后继续搅拌4h，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.22g，产率81%。
GC-MS(EI-m/z):1278(M+)
四、5,15-二溴-10,20-二(9’,9’-二辛基)硅芴锌卟啉的合成
Figure GDA00003320870200161
称取中间体5,15-二溴-10,20-二(9,9-二辛基芴)卟啉(0.25g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入含醋酸锌(0.11g,0.5mmol)的甲醇溶液(5ml)，室温下搅拌5h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.25g，产率94%。
GC-MS(EI-m/z):1340(M+)
五、硅芴锌卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
Figure GDA00003320870200162
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10,20-二(9’,9’-二辛基)硅芴锌卟啉(268mg,0.2mmol)和甲苯溶剂50ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入5mg Pd(PPh3)2Cl2与2ml NaHCO3(50%)溶液，加热到100℃反应56h。冷却至室温后将混合液滴加到300ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取器提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物196mg，产率72%.Molecularweight(GPC,THF,R.I):Mn=52800,Mw/Mn=3.35;)
实施例2
本实施例公开一种结构如下的硅芴铁卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
Figure GDA00003320870200171
上式中，n=56；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
其制备详见实施例1.
二、5-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-15-(9’-三十二烷基)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200181
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9-甲基-9-十六烷基硅芴(0.45g,1mmol)、2-醛-9-三十二烷基硅芴(0.66g,1mmol)、二吡咯甲烷(0.30g,2mmol)，溶解于250ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入三氟乙酸2ml，100℃下搅拌1h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(1.82g,8mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入2ml吡啶淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物1.06g，产率约为78%。
GC-MS(EI-m/z):1359(M+)
三、5,15-二溴-10-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-20-(9’-三十二烷基)硅芴卟啉的合成
搭好无水无氧装置，称取5-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-15-(9’-三十二烷基)硅芴卟啉(0.27g,0.2mmol)溶解于80ml氯仿中，加入1ml吡啶，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g,0.4mmol)，搅拌0.5h后，混合物升温至120℃，然后继续搅拌1h后，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.24g，产率72%。
GC-MS(EI-m/z):1516(M+)
四、5,15-二溴-10-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-20-(9’-三十二烷基)硅芴铁卟啉的合成
Figure GDA00003320870200191
N2条件下，称取中间体5,15-二溴-10-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-20-(9’-三十二烷基)硅芴卟啉(0.31g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入含氯化亚铁(0.12g,1mmol)的甲醇溶液(5ml)，室温下搅拌8h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.30g，产率96%。
GC-MS(EI-m/z):1569(M+)
五、硅芴铁卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
Figure GDA00003320870200192
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10-(9’-甲基-9’-十六烷基)硅芴-20-(9’-三十二烷基)硅芴铁卟啉(314mg,0.2mmol)和甲苯溶剂120ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入Pd(OAc)2(2.5mg)/三环己基膦(6.5mg)和2ml20%(wt)Et3NOH溶液，加热到120℃反应12h。冷却至室温后将混合液滴加到200ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物226mg，产率72%.Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=86800,Mw/Mn=3.57;)
实施例3
本实施例公开一种结构如下的)硅芴铜卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
Figure GDA00003320870200201
上式中，n=100；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
其制备详见实施例1.
二、10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200211
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9-十六烷基-9-(3’-十六烷基-4’-十六烷氧基)苯)硅芴(1.95g,2mmol)与二吡咯甲烷(0.30g,2mmol)，溶解于300ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入三氟乙酸2ml，室温下搅拌3h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(1.82g,8mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入2ml三乙胺淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物1.86g，产率约为84%。
GC-MS(EI-m/z):2201(M+)
三、5,15-二溴-10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200212
搭好无水无氧装置，称取10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.44g,0.2mmol)溶解于80ml氯仿中，加入1ml吡啶，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g，0.4mmol)，搅拌0.5h后，混合物升温至30℃，然后继续搅拌48h，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.36g，产率72%。
GC-MS(EI-m/z):2360(M+)
四、5,15-二溴-10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴铜卟啉的合成
称取中间体5,15-二溴-10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.47g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入CuSO4·5H2O(0.05g,0.2mmol)溶液(5ml)，室温下搅拌5h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.47g，产率97%。
GC-MS(EI-m/z):2416(M+)
五、硅芴铜卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
Figure GDA00003320870200231
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10,20-二(9’-十六烷基-9’-(3’’-十六烷基-4’’-十六烷氧基)苯)硅芴铜卟啉(483mg,0.2mmol)和甲苯溶剂100ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入10mg Pd(PPh3)2Cl2与2mlKHCO3(30%)溶液，加热到50℃反应72h。冷却至室温后将混合液滴加到300ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中，然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物332mg，产率69%。Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=240100,Mw/Mn=3.92;)
实施例4
本实施例公开一种结构如下的硅芴镉卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
Figure GDA00003320870200241
上式中，n=10；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
其制备详见实施例1.
二、5-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-15-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴卟啉的合成
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9-对二十烷基苯-9-(3’,5’-双十二烷氧基苯)硅芴(1.02g,1mmol)、2-醛-9-对十六烷氧基苯-9-间癸烷基苯硅芴(0.74g,1mmol)与二吡咯甲烷(0.30g,2mmol)，溶解于250ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入乙酸1ml，20℃下搅拌24h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(0.91g,4mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入1ml三乙胺淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物1.68g，产率约为83%。
GC-MS(EI-m/z):2205(M+)
三、5,15-二溴-10-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-20-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200251
搭好无水无氧装置，称取5,15-二溴-10-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-20-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴卟啉(0.44g,0.2mmol)溶解于80ml DMF中，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g,0.4mmol)，搅拌72h后，混合物恢复到室温，然后继续搅拌4h，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.36g，产率82%。
GC-MS(EI-m/z):2162(M+)
四、5,15-二溴-10-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-20-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴镉卟啉的合成
称取中间体5,15-二溴-10-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-20-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴卟啉(0.43g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入Cd(NO3)2·4H2O(0.31g,1mmol)的甲醇溶液(5ml)，室温下搅拌5h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.43g，产率94%。
GC-MS(EI-m/z):2271(M+)
五、硅芴镉卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
Figure GDA00003320870200262
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10-(9’-对二十烷基苯-9’-(3’’,5’’-双十二烷氧基苯))硅芴-20-(9’-对十六烷氧基苯-9’-间癸烷基苯)硅芴卟啉(454mg,0.2mmol)和二氧六环溶剂60ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入Pd2(dba)3(5mg)/P(o-Tol)3(8mg)与15%的Na2CO3(3ml)溶液，加热到80℃反应36h。冷却至室温后将混合液滴加到250ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取器提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物322mg，产率71%.Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=225300,Mw/Mn=2.84;
实施例5
本实施例公开一种结构如下的硅芴钴卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
上式中，n=28；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
其制备详见实施例1.
二、5-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-15-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200281
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9-(3’,4’,5’-三癸烷氧基)苯-9-对十六烷基苯硅芴(1.06g,1mmol)、2-醛-9-(3’-十二烷基-5’-二十烷氧基)-9-(3’-三十二烷基-4’-三十二烷氧基)苯硅芴(1.74g,1mmol)、二吡咯甲烷(0.30g,2mmol)，溶解于250ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入丙酸2ml，100℃下搅拌1h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(1.82g,8mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入2ml吡啶淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物2.42g，产率约为74%。
GC-MS(EI-m/z):3047(M+)
三、5,15-二溴-10-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-20-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200291
搭好无水无氧装置，称取5-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-15-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.61g,0.2mmol)溶解于40ml四氢呋喃中，加入0.5ml三乙胺，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g,0.4mmol)，搅拌0.5h后，混合物升温至回流，然后继续搅拌1h后，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.53g，产率82%。
GC-MS(EI-m/z):3204(M+)
四、5-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-15-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴钴卟啉的合成
称取中间体5-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-15-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.64g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入CoCl2·6H2O(0.12g,0.5mmol)溶液(5ml)，室温下搅拌12h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.63g，产率96%。
GC-MS(EI-m/z):3257(M+)
五、硅芴钴卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
Figure GDA00003320870200302
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10-(9’-(3’’,4’’,5’’-三癸烷氧基)苯-9’-对十六烷基苯)硅芴-20-(9’-(3’’-十二烷基-5’’-二十烷氧基)苯-9’-(3’’-三十二烷基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴钴卟啉(650mg,0.2mmol)和DMF溶剂80ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入Pd(OAc)2(2.5mg)/三环己基膦(6.5mg)和2ml20%(wt)Et4NOH溶液，加热到80℃反应48h。冷却至室温后将混合液滴加到250ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物493mg，产率70%.Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=90700,Mw/Mn=3.16;
实施例6
本实施例公开一种结构如下的硅芴锡卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料
Figure GDA00003320870200311
上式中，n=78；
上述有机半导体材料制备步骤如下：
一、5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑的合成
其制备详见实施例1.
二、5-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-15-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
搭好无水无氧装置，称取中间体2-醛-9-十六烷基-9-(3’-甲基-4’-三十二烷氧基)苯硅芴(0.99g,1mmol)、2-醛-9-(3’,5’-二癸烷基)苯-9-(3’-辛基-4’-十二烷氧基)苯硅芴(0.94g,1mmol)、二吡咯甲烷(0.30g,2mmol)，溶解于250ml二氯甲烷中，通入氮气30min，注射器加入三氟乙酸2ml，100℃下搅拌1h，然后加入二氯二氰基苯醌(DDQ)(1.82g,8mmol)，继续在室温下搅拌30min，然后加入2ml三乙胺淬灭反应，浓缩溶剂，过滤，收集滤液并旋干溶剂，用二氯甲烷在硅胶柱上快速淋洗，旋干溶剂，用乙醚/甲醇重结晶到产物1.63g，产率约为74%。
GC-MS(EI-m/z):2179(M+)
三、5,15-二溴-10-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-20-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅芴卟啉的合成
Figure GDA00003320870200331
搭好无水无氧装置，称取5-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-15-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.44g,0.2mmol)溶解于80ml邻二氯苯中，加入1ml吡啶，将反应物降到0℃，加入N-溴代丁二酰亚胺(0.07g,0.4mmol)，搅拌0.5h后，混合物升温至120℃，然后继续搅拌1h后，加入5ml丙酮终止反应，除去溶剂，用乙醚/甲醇进行重结晶得到产物0.31g，产率85%。
GC-MS(EI-m/z):2337(M+)
四、5,15-二溴-10-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-20-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅锡卟啉的合成
Figure GDA00003320870200332
N2氛围下，称取中间体5,15-二溴-10-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-20-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅芴卟啉(0.47g,0.2mmol)溶解于50ml二氯甲烷中，加入含SnCl2(0.11g,0.6mmol)的乙醇溶液(5ml)，室温下搅拌24h，旋干溶剂，然后用二氯甲烷/石油醚(1/1)在硅胶柱上淋洗，收集并旋干溶剂得到产物0.25g，产率95%。
GC-MS(EI-m/z):2451(M+)
五、硅芴锡卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的合成
在氮气保护下，加入5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑(80mg,0.2mmol)、5,15-二溴-10-(9’-十六烷基-9’-(3’’-甲基-4’’-三十二烷氧基)苯)硅芴-20-(9’-(3’’,5’’-二癸烷基)苯-9’-(3’’-辛基-4’’-十二烷氧基)苯)硅芴锡卟啉(490mg,0.2mmol)和乙二醇二甲醚溶剂80ml，抽真空除氧并充入氮气，然后加入10mg Pd(PPh3)4和4ml K2CO3(5%)溶液，加热到80℃反应24h。冷却至室温后将混合液滴加到250ml甲醇中进行沉降。抽滤，甲醇洗涤，干燥。然后用甲苯溶解，加入到二乙基二硫代氨基甲酸钠的水溶液中,然后将混合液加热到80℃搅拌过夜。将有机相通过氧化铝的柱层析，氯苯淋洗。减压除去有机溶剂，甲醇沉降。抽滤，所得固体用丙酮索氏提取三天。甲醇沉降，抽滤。真空泵下抽过夜得到产物316mg，产率60%.Molecular weight(GPC,THF,R.I):Mn=189800,Mw/Mn=3.91;
本发明还提供了结构式为（式中：n为1-100间的整数，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基、苯基、含有一个或多个C1-C32的烷基苯或烷氧基苯；M为金属离子）的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料在聚合物太阳能电池，有机电致发光，有机场效应晶体管，有机光存储，有机非线性材料和有机激光等领域中的应用。
以下实施例是金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料在有机太阳能电池，有机场效应晶体管，有机电致发光器件中的应用。
实施例7
以实施例1中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为活性层材料的有机太阳能电池器件
一种有机太阳能电池器件，其结构如图1所示。其中，本实施例中的衬底采用ITO玻璃，玻璃作为衬底基材，ITO作为导电层。
该有机太阳能电池器件的结构为：玻璃11/ITO层12/PEDOT:PSS层13/活性层14/Al层15；其中，活性层的材质为混合物，包括电子给体材料，PCBM为电子受体材料；电子给体材料以本发明的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质，电子受体材料为[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯（简称PCBM）；ITO是方块电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡，PEDOT为聚（3,4-亚乙二氧基噻吩），PSS为聚（苯乙烯磺酸）；优选方块电阻为10Ω/口的ITO。
该有机太阳能电池器件的制备过程为：
在玻璃基片11的一个表面沉积一层方块电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡（ITO）层12，形成作为阳极的导电层，厚度约为50-300nm；
ITO玻璃经过超声波清洗，并用氧-Plasma处理后，在ITO表面涂上一层起修饰作用的PEDOT:PSS层13，厚度为20-300nm；
在聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）：PSS为聚（苯乙烯磺酸）层上采用旋涂技术涂覆一层活性层14，厚度为30-300nm，该活性层的材质以实施例1中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料和[6,6]苯基-C61-丁酸甲酯（简称PCBM）的混合物；
在活性层的表面真空蒸镀金属铝，形成作为阴极的金属铝层15，得到有机太阳能电池器件；
将有机太阳能电池器件用环氧树脂封装后，置于110°C密闭条件下退火1.5小时，再降到室温。由于器件经过退火后，材料的化学结构更加规整有序，提高了载流子的传输速度和效率，从而提高了器件的光电转换效率。
优选ITO、PEDOT:PSS层、活性层、Al层的厚度分别为120nm、50nm、120nm、90nm。
实施例8
以实施例1中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质的机电致发光器件
一种有机电致发光器件，其结构如图2所示；本实施例中的衬底采用ITO玻璃，玻璃作为衬底基材，ITO作为导电层。
该有机电致发光器件的结构为：玻璃21/ITO层22/发光层23/LiF缓冲层24/Al层25；其中：发光层以本发明的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质。
该有机电致发光器件的制备过程为：
在玻璃基片21的一个表面沉积一层方块电阻为10-20Ω/口的氧化铟锡（ITO）层22，形成作为阳极的导电层，厚度为50-300nm；优选方块电阻为10Ω/口的ITO。
通过旋涂技术在ITO表面制备一层以实施例1中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质的发光层23，厚度约为50-300nm；
在发光层上真空蒸镀LiF，作为缓冲层14，厚度约为0.3-2nm；
在所述发光层上真空蒸镀金属铝，形成作为阴极的金属铝层25，得到所述有机电致发光器件。
实施例9
以含实施例一中的实施例一中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质的有机场效应晶体管
一种有机场效应晶体管，其结构如图3所示；本实施例中的衬底采用掺杂硅片（Si）作为衬底。
该有机场效应晶体管的结构为：Si31/500nm厚的SiO2绝缘层32/用于修饰SiO2的十八烷基三氯硅烷（OTS）层33/有机半导体层34/以金为材质的源电极（S）35和漏电极（D）36；其中，有机半导体层以实施例1中的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质；其中，源电极（S）和漏电极（D）材质也可以选用铜材。
该有机场效应晶体管的制备过程为：
首先，在清洗过后的掺杂硅片31的一个表面上涂覆一层500nm厚的SiO2绝缘层32；其次，在所述SiO2绝缘层上涂覆一层起修饰作用的十八烷基三氯硅烷层33，厚度为10-200nm；接着，在所述十八烷基三氯硅烷层上旋涂一层以本发明的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料为材质的有机半导体层34，厚度约为30-300nm；最后，在所述有机半导体层上间隔设置有以金但不仅限于金为材质的源电极（S）35和漏电极（D）36，得到所述有机场效应晶体管。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，其特征在于，其具有如下通式（P）：
Figure FDA0000381815710000011
式中：n为1-100间的整数，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基或苯基；M为金属离子。
2.根据权利要求1所述的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料，其特征在于，所述金属离子为Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+或Sn2+中的一种。
3.一种金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤S1、将5,7-二溴噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（s）溶于第一有机溶剂中，用液氮/异丙醇降温至-78℃，然后滴加n-BuLi，并在-78℃反应1-5小时，再加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷（x），继续在-78℃下反应0.5-5小时，然后自然升温至室温，反应1-48小时后，得到5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）；反应式如下：
步骤S2、将二吡咯甲烷（a）、第一硅芴衍生物（b）以及第二硅芴衍生物（c）按摩尔比i:j:k溶于含有氧化剂和第一催化剂的第二有机溶剂中，于20-100℃温度下，反应1-24小时，得到硅芴卟啉衍生物（d）；其中，i:j:k=2：1:1；反应式如下：
Figure FDA0000381815710000022
式中，R1，R2，R3，R4为H、C1-C32的烷基或苯基；
步骤S3、将步骤S2中得到的硅芴卟啉衍生物（d）和溴化剂按摩尔比1:2～1:5加入到第三有机溶剂中，于0～120℃下反应1～72小时，得到二溴硅芴卟啉衍生物（e）；反应式如下：
步骤S4、将步骤S3中得到的二溴硅芴卟啉衍生物（e）溶于第四有机溶剂中，接着加入含M金属离子的溶液，于0-30℃下搅拌0.5-24小时，得到二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）；其中，所述二溴硅芴卟啉衍生物和M金属离子的摩尔比为1:1～1:5；反应式如下：
步骤S5、无氧环境中，将步骤S4中得到的二溴硅芴金属卟啉衍生物（f）和步骤S1中得到的5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）按摩尔比1:2～2:1溶于含有第二催化剂的第五有机溶剂中，于50-120℃中进行Suzuki耦合反应12～72小时，得到所述金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料（P）；反应式如下：
式中，n为1-100间的整数。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，
所述第一有机溶剂为四氢呋喃、乙醚或者二氧六环中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，
所述第一催化剂为丙酸或三氟乙酸；
所述氧化剂为二氯二氰基苯醌；
所述第二有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或两种。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，
所述溴化剂为N-溴代丁二酰亚胺；
所述第三有机溶剂为四氢呋喃、氯仿、二甲基酰胺或邻二氯苯中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，
所述第四有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、苯、甲苯中的至少一种；
所述含M金属离子的溶液中，M金属离子选自Zn2+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Cd2+、Pt2+、Zr2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+或Sn2+中的一种，溶剂为甲醇、乙醇或水中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，
所述第二催化剂为有机钯或有机钯与有机磷配体的混合物；
所述第二催化剂的摩尔用量为5,7-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二杂氧戊硼烷)基噻吩并[3,4-c][1,2,5]噻二唑（g）摩尔用量的0.01%-20%；
所述第五有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氧六环、二甲基酰胺、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜、苯、氯苯或甲苯中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机钯为Pd2(dba)3、Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2或Pd(PPh3)2Cl2；所述有机磷配体为P(o-Tol)3、三环己基膦；
所述有机钯与有机磷配体的混合物中，有机钯与有机磷配体的摩尔比为1:1～20。
10.一种如权利要求1所述的金属卟啉-噻吩并噻二唑有机半导体材料在有机太阳能电池，有机电致发光器件，有机场效应晶体管，有机光存储，有机非线性器件和有机激光器件领域中的应用。
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