全氟烷基修饰的苝酰亚胺类有机半导体的设计、合成

摘要

苝酰亚胺及其衍生物(PDIs)是一类优秀的n型有机半导体材料。全氟烷基具有憎水、憎氧、能形成有序排列和超强稳定性的特点。全氟烷基直接修饰的PDI小分子是优良的有机半导体材料，具有很高的器件稳定性，然而此类材料溶解性差，不能进行低成本的溶液加工。本研究在苝酰亚胺上同时引入烷基和全氟烷基，合成了一系列全氟烷基修饰的、可溶液加工的苝酰亚胺小分子和共轭聚合物。
　　全氟烷基修饰的可溶苝酰亚胺的合成过程如下：通过烯烃和全氟烷基碘加成、与NaN3发生取代、催化加氢三步反应生成四种含不同烷基和全氟烷基的脂肪胺CFCH-NH2，三步总收率70.5％-87.3%，以苝四甲酸二酐（PDA）为原料，与 CFCH-NH2反应，成功合成四个不同烷基和全氟烷基取代的苝酰亚胺CFCH-PDIs，收率76%-88%。实验表明，烷基和全氟烷基的大小和比例对取代苝酰亚胺在有机溶剂中的溶解性有显著影响。4CF8CH-PDI具有最大的溶解度，在甲苯和CH2Cl2中溶解度大于400 mg/mL。CFCH-PDIs的5％失重温度高于375℃,所有具有优异的热稳定性。4CF8CH-PDI和4CF6CH-PDI显示出液晶的典型特征，它们可以在中间相状态下自组装成有序的结构。这四个小分子均可作为受体材料用于体相异质结太阳能电池。
　　基于合适的烷基和全氟烷基比例能够显著增加苝酰亚胺的溶解性的实验事实，我们将全氟烷基修饰的可溶苝酰亚胺高分子化，合成了一系列全氟烷基修饰的可溶苝酰亚胺类共轭聚合物。具体过程如下：首先通过溴化反应合成二溴取代的苝酰亚胺（CFCH-PDIs-2Br），接着与给体单元的双锡试剂通过Stille偶联反应生成9种目标聚合物。这些聚合物在300-800 nm范围内具有很强的可见吸收，较低LUMO能级和优异的热稳定性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 有机太阳能电池的发展进程

1.3 有机太阳能电池的原理

1.4 有机半导体太阳能电池的应用

1.5 氟代有机材料的研究进展

1.6 选题的目的和意义

1.7 有关参数

1.8 研究内容

第2章 全氟烷基修饰苝酰亚胺小分子的合成、性质及应用

2.1 前言

2.2 主要试剂及仪器设备

2.3 分子设计

2.4 合成路线

2.5 结果与讨论

2.8 小结

第3章 苝酰亚胺类聚合物P（PDI-BDT）、P（PDI-TH）和P （PDI-Ethyl）的合成和光电性能研究

3.1 主要试剂及仪器设备

3.2 分子设计

3.3 合成路线和实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 小结

第4章 结论、创新点和展望

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果