CN103965449A - 一种含铱光功能聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铱光功能聚合物，其特征在于：结构式为本发明利用苝酰亚胺、二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体和9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯进行共聚，得到一种具有良好稳定性的主链含铱配合物的共轭聚合物。此外，由于铱配合物的引入，增大了激子到达给-受体界面的比率，提高了激子的迁移效率。有望作为光功能材料应用于有机太阳能电池材料中。

Description

一种含铱光功能聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种含铱光功能聚合物材料及其制备方法。
技术背景
1954年，贝尔实验室首次制备出了一种光伏器件，该器件可以直接将光能转变成电能，该种器件的问世促使人们着手于光电转换材料的研究。开始的研究方向主要集中在单晶硅等无机太阳能电池材料，虽然这种材料的光电转换效率很高，但是由于其成本昂贵，有些窄带隙的半导体光电材料存在严重的光腐蚀现象。而有机聚合物太阳能电池材料由于其成本低，制备工艺简单、成膜性好、易加工等优点而引起广泛的关注和研究。
聚合物太阳能电池材料的优点在于其吸收特性、能级结构以及载流子迁移率可以通过引入不同的给受体基团来进行调节。但是，目前报道的聚合物太阳能电池材料的能量转换效率并不高。例如：2009年，Yu等用高共平面性的PTB制备了聚合物体异质结太阳能电池，器件结构为Glass/ITO/PEDOT:PSS/PBDTTT-CF:PC70BM/Al，在100mW/cm2，AM1.5模拟太阳光照射下，能量转换效率为7.7％(J.Am.Chem.Soc，2009，131：56-57)。此外，很多聚合物太阳能电池材料的稳定性较差，载流子迁移率不高，限制了其性能的进一步提高。因此，开发具有高稳定性，高迁移率的聚合物太阳能电池材料是目前该研究领域的重要任务。
发明内容
根据上述背景技术提及的技术问题，本发明的目的在于，提供一种具有良好稳定性，高载流子迁移率的含铱光功能聚合物材料，同时提供该聚合物的制备方法。
本发明所述的含铱光功能聚合物的结构式为：
所述的含铱光功能聚合物是通过苝酰亚胺、二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体、9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯在惰性气体保护下避光共聚得到，所用溶剂为甲苯，催化剂为Pd(PPh3)4，碱为四乙基氢氧化铵溶液，共聚温度为90-110℃，反应时间为4d。反应物中，铱配合物单体摩尔含量为1％-10％。
所述的含铱光功能聚合物通过核磁对其进行结构表征，通过紫外、荧光分光光度计测试其光物理性能，通过热重分析测试材料的热稳定性。
与现有技术相比，本发明的优点在于，苝酰亚胺类材料具有良好的光、热和化学稳定性，以及良好的电子迁移率，因此，得到的主链含有铱配合物的共轭聚合物具有良好的稳定性。此外，铱配合物是典型的三重态磷光材料，三重态激子比单重态的激子具有更长的寿命和扩散长度，由于铱配合物的引入，增大了激子到达给-受体界面的比率，提高了激子的迁移效率，有望作为光功能材料应用于有机太阳能电池材料中。
附图说明
图1为该含铱光功能聚合物的合成路径；
图2为实施实例1所制备的含铱光功能聚合物的热失重曲线；
图3为实施实例1所制备的含铱光功能聚合物的紫外吸收光谱图；
图4为实施实例1所制备的含铱光功能聚合物的荧光图谱。
具体实施方式
为了更好的理解本发明专利的内容，下面通过具体的实施实例及图例来进一步阐明本发明的技术方案，具体包括合成及性能的测定。
实施实例1：
称取苝酰亚胺(0.087g，0.099mmol)，二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体(0.0020g，0.0021mmol)，9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.058g，0.10mmo1)，Pd(PPh3)4(0.0034g，2.94×10－３mmol)置于三口烧瓶中，加入5ml甲苯作为溶剂，加入0.5ml20％的四乙基氢氧化铵溶液，在氮气保护下，90℃避光反应72h，加入9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.0029g，0.005mmol)反应12h，加入0.1mL溴苯继续反应12h。反应结束后，过滤除去反应中的钯催化剂，减压蒸馏除去大部分溶剂，然后将其倒入大量的甲醇溶剂中沉降，过滤、将滤饼置于索式提取器，用丙酮提取2d得到紫黑色固体，产率为55％。1H NMR：(400M，CDCl3，ppm)δ＝8.74(d，2H)，7.08-8.26(br，34H)，6.51(s，1H)，4.29(t，4H)，3.56(d，4H)，3.28(t，4H)，0.82-2.03(m，120H)。通过GPC测得Mn＝5321。
实施实例2：
称取苝酰亚胺(0.079g，0.089mmol)，二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体0.010g，0.011mmo１），9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.058g，0.10mmo1)，Pd(PPh3)4(0.0034g，2.94×10-3mmol)置于三口烧瓶中，加入5ml甲苯作为溶剂，加入0.5ml20％的四乙基氢氧化铵溶液，在氮气保护下，90℃避光反应72h，加入9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.0029g，0.005mmol)反应12h，加入0.1mL溴苯继续反应12h。反应结束后，过滤除去反应中的钯催化剂，减压蒸馏除去大部分溶剂，然后将其倒入大量的甲醇溶剂中沉降，过滤、将滤饼置于索式提取器，用丙酮提取2d得到紫黑色固体，产率为50％。通过GPC测得Mn＝4970。
实施实例3：
称取苝酰亚胺(0.070g，0.079mmol)，二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体(0.019g，0.021mmol)，9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.058g，0.10mmo1)，Pd(PPh3)4(0.0034g，2.94×10-3mmol)置于三口烧瓶中，加入5ml甲苯作为溶剂，加入0.5ml20％的四乙基氢氧化铵溶液，在氮气保护下，90℃避光反应72h，加入9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯(0.0029g，0.005mmol)反应12h，加入0.1mL溴苯继续反应12h。反应结束后，过滤除去反应中的钯催化剂，减压蒸馏除去大部分溶剂，然后将其倒入大量的甲醇溶剂中沉降，过滤、将滤饼置于索式提取器，用丙酮提取2d得到紫黑色固体，产率为46％。通过GPC测得Mn＝4595。实施实例4：
其他同实施实例1，共聚温度为110℃，其他与实施实例1是类似的，产率为65％。
实施实例5：
通过核磁对聚合物磷光材料进行结构表征，通过紫外、荧光分光光度计测试其光物理性能，通过热重分析测试材料的热稳定性。图谱见说明书附图。

Claims (3)

1.一种含铱光功能聚合物，其结构是为：
2.权利要求1所述的一种含铱光功能聚合物，其特征在于：二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物占反应单体总摩尔数的1％-10％。
3.一种含铱光功能聚合物的合成方法，其特征在于：通过苝酰亚胺、二-[(4-溴-噻吩)-苯基吡啶]-β-庚二酮铱配合物单体、9，9-二辛基芴-2，7-二频哪醇硼酸酯在惰性气体保护下避光共聚得到的，所用溶剂为甲苯，催化剂为Pd(PPh3)4，碱为四乙基氢氧化铵溶液，共聚温度为90-110℃，反应时间为4d。
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