[发明专利]一种木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4‑乙撑二氧噻吩共聚物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于导电聚合物技术领域，特别涉及一种木质素磺酸掺杂多巴胺与 3,4-乙撑二氧噻吩共聚物及其制备方法与应用。

背景技术

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(简称PEDOT)是3,4-乙撑二氧噻吩(简称为EDOT) 单体通过氧化自由基反应合成的聚合物，由于其刚性结构导致其溶解性差。工业上采用一种高分子聚苯乙烯磺酸(简称为PSS)掺杂PEDOT，解决了PEDOT 溶解性问题，使得PEDOT:PSS可以良好的分散在水溶液中。PEDOT:PSS被广泛应用于有机薄膜太阳能电池、电致变色材料以及透明电极等领域，然而 PEDOT:PSS水分散体系中的PSS磺化度高，导致PEDOT:PSS产品酸性较强，容易腐蚀ITO基板，易吸潮，降低器件稳定性和寿命。因此，研究者致力于降低亲水性和酸性，如之前专利(CN 105990526 A)和文献(Journal of Power Sources,2017,358,29-38)均有达到一定效果。同时，PEDOT:PSS中的PSS 在紫外光照射下会逐渐光降解。

木质素磺酸来源于木材提取物，且价格低廉是一种常用的分散剂。CN 102516784A公开了一种含有聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸的导电性组合物及其制备方法。区别于专利CN 102516784A，本发明将含有的羟基和氨基基团的多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚合，同时用木质素磺酸进行掺杂，多巴胺具有显著改变PEDOT掺杂体系的功函数的作用，对于提升有机电子器件的性能具有重要意义。多巴胺分子式中含有的碱性基团能够降低材料的亲水性和酸性，潜在可提高器件的稳定性。另外，多巴胺中的苯酚羟基和氨基具有给电子效应，类似胺类(Advanced Energy Materials,2017,7,1602333.)因此可以钝化钙钛矿层的缺陷，提高钙钛矿电池的器件性能。木质素在紫外光条件下，在240～400纳米附近的吸收随光照时间延长和增强，表现出抗紫外性能，潜在可以提高太阳能电池的抗紫外性能。

PEDOT:PSS在生物医学材料研究领域也有一定的应用前景，比如可应用于电子皮肤等生物传感器(Scientific Reports,2016,6:35289)，而PSS是人工合成高分子材料，不易生物降解，木质素是一种生物相容性好、易降解的天然高分子，木质素磺酸取代PSS成为PEDOT分散掺杂剂优势很明显。多巴胺(DA) 是一种用来帮助细胞传送脉冲的神经传导物质，两种原料均具有生物相容性好的特征，共聚合成的基于木质素磺酸掺杂多巴胺、3,4-乙撑二氧噻吩共聚物潜在可应用于电子皮肤或生物传感器。

综合以上设计思路，本发明的木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物实现木质素的高效利用，同时提供了一种新型的PEDOT衍生物的设计思路，展现出良好的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物。本发明利用环境友好的分散剂木质素磺酸取代传统的PSS作为掺杂剂和分散剂，掺杂3,4-乙撑二氧噻吩和多巴胺得到共聚物，有效的提高了材料的功函数，降低了酸性和亲水性，提高了产品的防水性和抗紫外性质，制备的木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物潜在可应用于有机光电器件。

本发明另一目的在于提供一种上述木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物在光电领域，特别是钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物，为通过水溶性的木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩的共聚物而得到的水分散体系。

一种上述木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将木质素磺酸盐溶液pH调节至0.5～3；

(2)加入多巴胺和3,4-乙撑二氧噻吩，在引发剂作用下搅拌反应，得到混合悬浮液；

(3)提纯除去无机盐份，得到的木质素磺酸掺杂多巴胺与3,4-乙撑二氧噻吩共聚物(PDA:PEDOT:LS)。

上述方法中，各物料的重量份数为：

步骤(1)中所述调节pH至酸性优选利用酸调节，更优选为利用盐酸、硫酸、碳酸或醋酸调节。所述调节pH更优选为1～3。