[发明专利]一类基于苯并二噻吩的共轭大环材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机半导体材料和有机超分子功能材料技术领域，具体为一类基于苯并二噻吩的共轭大环材料及其制备方法和应用。该类材料结构如式Ⅰ）所示，其中n为大于等于2的整数，Rsubgt;1/subgt;、Rsubgt;2/subgt;独立的选自烷烃基或者芳基。本发明以苯并二噻吩双硼酯和3,6‑二溴菲为起始原料，通过一步Suzuki偶联反应即可得到单元数不同的各种共轭大环（n=2,3,4,5......)，具有成本低，产率高，易于制备等优点。此外，共轭大环材料具有独特的电子结构和纳米孔结构，在有机场效应晶体管和超分子组装中具有极大的应用前景。）

技术领域

本发明属于有机光电材料、有机超分子功能材料技术领域，具体涉及一类基于苯并二噻吩的共轭大环材料及其制备方法和应用。

背景技术

场效应晶体管是利用电场来控制固体材料导电性能的有源器件，它具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定、安全工作区域宽等优点，已经成为微电子行业的重要元件之一。然而目前无机场效应晶体管已经接近小型化的自然极限，而且价格较高、难以大面积制备，因此人们想到使用有机半导体作为有源层。与无机半导体相比，有机半导体具有材料来源广、工作电压低、柔性好、可溶液加工成膜、适合大批量生产等特点，可以更好地满足电子器件的要求，具有极大的应用前景。

超分子化学是研究两种或两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学，在材料科学、信息科学和生命科学中均具有重要的理论意义和广阔的应用前景。超分子化学的发展不仅与大环化学的发展密切相连，而且与分子自组装、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。受体和底物通过非共价键弱相互作用力键合，形成复杂有序且有特定功能的分子结合体，从而实现分子识别、催化、反应、转换和传递等功能，在分子和超分子器件中也有重要意义。

共轭大环是一类芳香环通过单键连接而成的具有内空腔的大环分子，单键的引入赋予分子更好的柔性，使其呈现丰富多样的几何构型。另外，这类环状分子的(亚)纳米腔与石墨烯纳米孔类似，在气体分离、超分子组装、有机电子器件和传感方面具有潜在的应用价值。2021年，刘俊治课题组报道了由菲和苯作为构建单元的共轭大环，该类大环分子具有平面型、船型和“8”字形的特殊几何构型，并且可以实现和小分子7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)以及碳60的特异性组装(A Molecular Transformer:Aπ-ConjugatedMacrocycle as an Adaptable Host，Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,11814–11818)。但需要注意的是，目前对含有杂原子的共轭大环的研究还有所欠缺。本发明将噻吩单元引入共轭大环中，在调整分子几何构型的同时，还可以有效调控电子结构，为超分子组装和(光)电子应用开辟了新的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一类基于苯并二噻吩的共轭大环材料，以及具有成本低，产率高、易于制备等优势的该类材料制备方法。

本发明提供一类基于苯并二噻吩的共轭大环材料，其结构通式如式I)所示：

式中，n为大于等于2的整数，R₁、R₂独立的选自烷烃基或者芳基。

本发明中，n为2-5之间的整数，R₁、R₂独立的选自C₁-C₃₀直链烷烃基、C₁-C₃₀支链烷烃基或者下列芳基中的一种：

其中，R₃、R₄、R₅为C₁～C₃₀直链烷烃基、C₁～C₃₀支链烷烃基或C₁～C₃₀烷氧基。