[发明专利]基于菲醌α-二胺的钯类催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于菲醌α‑二胺的钯催化剂，其结构式如下：式中，R为甲基、苯基的一种；R₁为烷基、烷氧基、氯原子或氟原子的一种官能团取代。本发明所述的催化剂以菲醌α‑二胺为配体中心，其具有制备原料来源广，价格便宜，结构简单易修饰，给电子能力强，等诸多优点，能够有效调节催化剂的电子和位阻效应；采用不同空间位阻取代基团进行优化获得的钯催化剂，能够实现聚合物PDD‑4的分子量和收率的协同调节，获得高品质的聚合物材料；在有机太阳能电池等光电材料的制备中有着良好的商业应用前景。

技术领域

本发明属于光电材料催化剂技术领域，具体涉及菲醌α-二胺钯类催化剂制备及其在光电给体聚合物材料中的应用。

背景技术

有机太阳能电池(OSC)作为一种新型薄膜光伏技术，因具有质轻、柔性、大面积低成本制备、光伏材料高度可调等诸多现有光伏技术无法比拟优点，成为新能源领域的研究热点。在现有的光伏技术中，昂贵的制作成本是制约其大规模商业化应用的关键。然而，在有机太阳能电池的实验室研发中，尽管一些聚合物给体材料展现出较高的光电转换效率，但较低的聚合产率阻碍了其商业化应用前景。

在已报道的高性能聚合物给体材料中，基于苯并二噻吩(BDT)单元的聚合物给体材料一直是有机太阳能电池领域的研究热点。目前，通常是采用两种经典钯催化体系来制备该类聚合物给体材料，如聚合物PBnDT-FTAZ，J52，PNTBDT等通常采用Pd₂(dba)₃/P-(o-Tol)₃催化体系制备，而聚合物PTB7-Th[10]，PBDBT，PBPD-Th,PM6,D18等通常采用Pd(PPh₃)₄催化体系获得。理想情况下，基于上述催化体系的Stille交叉偶联缩合方法能够产生规整的D-A交替共聚物，这是因为sp²杂化碳-卤(Br or I)键仅能与芳基碳-锡键(sp² C-Sn)反应。事实上，在钯催化条件下，通常存在一定程度的反应缺陷(自偶联、端基缺陷、钯金属缺陷等)，导致D和A单元共聚时并不完全按照预想的1:1交替排列。尤其是使用不同催化剂时，这种自耦联程度将会呈现出不同状况。说明：即使具有相同主链结构单元的D-A交替共聚物，在使用不同催化剂聚合时很可能会展现出完全不同的的规整度、分子量、分散指数，进而影响对应高性能聚合物部分的产率。

基于此，申请人前期研究发现：采用上述两种经典钯催化剂，对展现出高性能的聚合物PTB7-Th进行制备，经分析两种催化剂制备的聚合物结构的D和A比例均不是按照1:1进行排列，表明两种聚合物结构均存在不同程度的缺陷。此外，以②Pd(PPh₃)₄为催化剂制备聚合物的分子量几乎是①Pd₂(dba)₃的两倍，光伏性能也接近于两倍，但产率缺相反(Pd(PPh₃)₄收集的高效聚合物产率为48％，而Pd₂(dba)₃可获得87％高的产率)。可以看出，优化聚合物反应条件，不仅可以筛选出高性能的聚合物，同时还可以提升聚合物收率；且传统的两种钯系催化无法有效兼顾良好的聚合物性能和收率。基于此，设计高性能的催化剂是进一步提升聚合物性能和收率的关键。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有催化剂的不足，提供一类基于菲醌α-二胺钯催化剂，该催化剂以原料来源广，价格便宜，结构简单易修饰，热稳定性以及环境稳定性等诸多优点为一体的α-二胺为配体中心，并采用不同空间位阻取代基团来进行优化，具有低成本、高效的优点；可用于高性能聚合物给体材料PDD-4等，实现聚合物PDD-4的分子量和分散度的调节，获得高品质的聚合物材料，在有机太阳能电池具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于菲醌α-二胺钯催化剂以α-二胺为配体中心，结构式见式I：