[发明专利]一类全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于有机化工和精细化工领域，具体涉及一类全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物及其合成方法。

背景技术

有机半导体是一类具有柔性，可低成本加工的光电子材料，在光电应用上有着诱人的前景。聚合物半导体材料因其好的稳定性，并且在器件制备中成膜性好，近20年发展迅速，在有机太阳能电池的应用已达到了超13％的光电转换效率(J.Am.Chem.Soc.2017,139,7302-7309)。苝酰亚胺(PDIs)作为受体材料因其具有大的共辄体系和良好的稳定性被广泛应用于有机半导体器件，但是PDIs差的溶解性，一直制约着它的应用。苝酰亚胺类聚合物半导体材料在有机太阳能器件中运用广泛，光电转换效率已达到8.59％(Adv.Mater.2017,1700309)。但是由于PDIs溶解性差，导致苝酰亚胺类聚合物分子量普遍偏低(数均分子量M_n小于40kDa)，是其器件迁移率不高的一个重要原因。

全氟烷基具有刚性棒状结构，氟原子可以与邻近的氢原子形成分子间氢键，增强分子之间的相互作用(中国专利，公开号：CN106832246A)，使得含氟原子及全氟烷基化合物具有极高的稳定性、抗氧化性和憎水性。氟原子或全氟烷基已经在有机光电领域被广泛应用，比如氟原子被用于高效体相异质结电池的受体材料(中国专利，公开号：CN106588923A)，全氟烷基被用于构建空气稳定的场效应晶体管材料(Chem.Rev.2011，112，2208-2267)。含全氟烷基的聚合物易于形成有序的结晶或液晶结构，此类结构利于载流子的传输。全氟烷基修饰的非共轭聚合物有很多，它们能形成规则的有序堆积(中国专利，公开号：CN106588923A)。而在苝酰亚胺的N端直接引入全氟烷基修饰，会导致PDIs溶解性很差(中国专利，公开号：CN101289447B)，使得溶液加工，器件成膜性方面出现障碍。基于此，我们需要开发出一类能溶液加工、成膜性能好、稳定性高、载流子迁移率高的苝酰亚胺共轭聚合物半导体材料。

发明内容

本发明的目的是合成一类全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物，以提高苝酰亚胺类共轭聚合物的溶解性，以及研究全氟烷基对该类聚合物的结晶性能、分子排列、能级、稳定性、载流子迁移率和太阳能电池或场效应晶体管器件性能的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一类全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物，其结构通式为：

R为全氟烷基链，结构式如下：

其中：m、n分别是烷基C原子的个数和全氟烷基C原子的个数，m是1、2、3、4、5、6，n是1、3、5、7。

Ar为噻吩，结构式如下：

并二噻吩：

联二噻吩：

并三噻吩：

联三噻吩：

BDT单元：

PBDTT单元：

IDT单元：

本发明所述的一类全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物的合成方法，其特征在于：

以1，7-二溴全氟烷基苝酰亚胺与双锡试剂为原料，摩尔比为1：1，按溶剂与原料摩尔比300～400：1的量、催化剂与原料摩尔比0.02～0.1：1的量，加入溶剂和催化剂，无水无氧和溶剂的回流温度条件下，进行stille偶联反应，生成含全氟烷基修饰的苝酰亚胺共轭聚合物。

所述的1，7-二溴全氟烷基苝酰亚胺，按中国专利(公开号:CN106588924A)制备。

所述的双锡试剂为噻吩双锡、并二噻吩双锡、联二噻吩双锡、并三噻吩双锡、联三噻吩双锡、BDT双锡、PBDTT双锡或IDT双锡。

所述的溶剂为氯苯、甲苯、三氟甲苯或DMF。

所述的催化剂为Pd₂(dba)₃/P(o-tol)₃、Pd(PPh₃)₂Cl₂或Pd(PPh₃)₄。