專利名稱：二溴蒽類化合物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二溴蒽類化合物及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種可用作有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池電子受體材料的化合物(1，8- 二溴-4，5- 二羥基-9，10- 二氫蒽、 1，8- 二溴-4，5- 二羥基蒽、1，8- 二溴-4，5- 二烷氧基蒽)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，光伏電池商品主要是硅電池，因?yàn)楣枋且环N價(jià)格昂貴的原材料，而且太陽(yáng)能硅電池必須固定在玻璃上，所以，太陽(yáng)能硅電池具有沉重、運(yùn)輸和安裝成本高的缺點(diǎn)。因此， 研制廉價(jià)、易加工制作的薄膜光伏電池成為了研究熱點(diǎn)。相對(duì)于硅光伏電池，有機(jī)/聚合物光伏電池具有成本低、重量輕、體積小、易加工、 柔韌性好、適宜加工成大面積的平板器件的特點(diǎn)。提高光電轉(zhuǎn)化率是當(dāng)前有機(jī)/聚合物光伏電池所面臨的最主要課題。按照目前的能源供應(yīng)情況，如果有機(jī)/聚合物光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率提高到10%，將具有價(jià)格比較優(yōu)勢(shì)，和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。提高光電轉(zhuǎn)換率的關(guān)鍵問(wèn)題之一是設(shè)計(jì)并合成性能優(yōu)良的有機(jī)/聚合物材料。高光電轉(zhuǎn)化率的有機(jī)/聚合物光伏電池需要高效的電子給體(Donor)和電子受體(Acceptor)材料。近年來(lái)，中外科學(xué)家陸續(xù)研發(fā)了一些性質(zhì)優(yōu)良的電子給體材料，例如 Katz教授的梯狀低聚物，Jen教授研究組的三苯胺衍生物材料；我國(guó)中科院化學(xué)所的李永舫教授等設(shè)計(jì)合成的含有側(cè)鏈的聚噻吩和聚乙烯噻吩材料，中科院高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的薄志山教授設(shè)計(jì)合成的共聚高分子和樹(shù)枝化共軛高分子等。相對(duì)于電子給體材料，電子受體材料研究較少。第一代電子受體是C60衍生物和C70衍生物。例如加州大學(xué)圣芭芭拉分校的midl研究組設(shè)計(jì)合成的C60衍生物PCBM ([6, 6]-phenyl C61_butyric acid methyl ester)，該化合物已作為有機(jī)光伏電池的電子受體材料被普遍使用。中科院化學(xué)所李永舫教授等設(shè)計(jì)合成的hdene-C60 bisadduct等電子受體材料。第二代電子受體電子受體材料是以9，9’-bifluorenylidene (9，9’_BF)為代表的平面共軛分子。(Brunetti, F. G. ； Gong, X. ； Tong, M. ； Heeger, A. J. ； Wudl, F. Strain and Huckel Aromaticity: Driving Forces for a Promising New Generation of Electron Acceptors in Organic Electronics, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 532 - 536.)
作為一個(gè)實(shí)用的光伏電池材料必須具備易合成，性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉的特點(diǎn)。因此，一些跨國(guó)公司經(jīng)過(guò)多年的研究探索，逐漸把電子給體材料鎖定在P3HT (poly (3-hexylthiophene))和 TBP CTetrabenzylporphrine，四苯并卟啉)上。與 P3HT 相匹配的電子受體材料是C60或C70衍生物。目前，跨國(guó)公司(例如日本三菱公司)已經(jīng)通過(guò)工藝優(yōu)化等途徑，將使用P3HT和PCBM制作的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換率提高到大于8%的水平，申請(qǐng)了上百個(gè)電池制做工藝專利和化合物專利。但對(duì)使用TBP作為電子給體材料的研究較少，理論上與TBP相匹配的電子受體材料應(yīng)該是平面大共軛分子，因此設(shè)計(jì)與TBP相匹配的電子受體一平面共軛分子將有力推動(dòng)這類光伏電池的光電轉(zhuǎn)換率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決光伏電池電子受體材料設(shè)計(jì)中存在的缺陷，提供一種與 TBP電子給體材料相匹配的蒽環(huán)為母體的溴代物作為電子受體材料。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了平面共軛的分子1，8-二溴-4，5-二羥基-9，10- 二氫蒽、1，8- 二溴-4，5- 二羥基蒽或1，8- 二溴-4，5- 二烷氧基蒽的結(jié)構(gòu)與制備方法；
權(quán)利要求
1. 二溴蒽類化合物，其特征在于，所述的二溴蒽類化合物由如下結(jié)構(gòu)式構(gòu)成
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二溴蒽類化合物，其特征在于，所述的R為CH2CH3、CH2CH2CH3、 CH2CH2CH2CH3λ (CH2)4CH3 或(CH2)5CH30
3.二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，由如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟1 取1，8- 二羥基-9，10- 二氫蒽(I )與溴化試劑按摩爾比1 O 4)反應(yīng)，其中溴化溫度為25 30 獲得1，8- 二溴-4，5- 二羥基-9，10- 二氫蒽(II)；所述溴化試劑為NBS。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟 步驟2 將步驟1中所得產(chǎn)物1，8_ 二溴-4，5-二羥基-9，10-二氫蒽(II)與2，3，5，6-四氯苯醌按摩爾比1 :(1 4)反應(yīng)，加入到氯仿或四氫呋喃中，攪拌回流得到1，8_ 二溴-4，5-二羥基蒽(III)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟 步驟3 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟2中所得產(chǎn)物1，8- 二溴-4，5- 二羥基蒽(III)、碳酸鉀和烷基化試劑按摩爾比1 (2 ~ 20) (2 ~ 15)反應(yīng)，加入到DMF中，加熱攪拌得到1，8- 二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物(IV)；所述烷基化試劑為溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷、溴戊烷或溴己焼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，步驟3中所述烷基化試劑為溴乙烷，反應(yīng)溫度為35 38 0C,反應(yīng)時(shí)間為96小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，步驟3中所述烷基化試劑為溴丙烷，反應(yīng)溫度為65 70。C，反應(yīng)時(shí)間為48小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二溴蒽類化合物的制備方法，其特征在于，步驟3中所述烷基化試劑為溴丁烷、溴戊烷或溴己烷，溫度為95 100 °C，反應(yīng)時(shí)間為30小時(shí)。
9.二溴蒽類化合物作為光伏電池受體材料的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了1,8-二溴-4，5-二羥基-9，10-二氫蒽、1,8-二溴-4，5-二羥基蒽和1,8-二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的平面共軛的分子1,8-二溴-4，5-二羥基-9，10-二氫蒽、1,8-二溴-4，5-二羥基蒽和1,8-二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物可用于光伏電池電子受體材料，通過(guò)電子給體材料和電子受體材料間的π-πStaking效應(yīng)，增大電子給體與受體的接觸面積，縮短激子的擴(kuò)散距離，提高光伏電池的短路電流、填充因子和光電轉(zhuǎn)換率；降低光伏電池的制作成本。
文檔編號(hào)C07C37/62GK102491881SQ20111041024
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張超智 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)