一種富勒烯衍生物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種富勒烯衍生物，一種富勒烯衍生物的制備方法，以及所述富勒烯 衍生物在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、太陽(yáng)能電池和有機(jī)光導(dǎo)體材料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于具有較高的電子親和性、優(yōu)良的電子遷移率、適當(dāng)?shù)娜芙舛群鸵准庸さ葍?yōu)良 性能，富勒烯及其衍生物在有機(jī)光電子領(lǐng)域，尤其是聚合物太陽(yáng)能電池中有著非常廣泛的 應(yīng)用，其中，C6tl衍生物（6,6)_苯基-C61-丁酸甲酯(簡(jiǎn)稱：PC6(IBM)已經(jīng)成為應(yīng)用最多的N 型受體材料。為了提高效率，人們對(duì)PC6tlBM作出了一系列的改進(jìn)，例如，Zheng等通過(guò)調(diào)控 PC6tlBM酯基上烷基鏈的長(zhǎng)度，制備了一系列PC6tlBM的衍生物，但這些衍生物的性能遠(yuǎn)不如 PC6tlBM;K〇〇istra等通過(guò)在PC6tlBM的苯環(huán)上引入各種烷基鏈、氨基和硫基等，制備了一系列 PC6tlBM的衍生物，但這些衍生物的性能也不如PC6tlBM;LeneS等制備了雙加成的PC6tlBM(簡(jiǎn) 稱：bis-PC6(lBM)，提高了材料的LUMO能級(jí)，此受體材料的性能略優(yōu)于PC6tlBM的性能；Yang等 通過(guò)在PC6tlBM的苯環(huán)上引入烷氧鏈制備了富勒烯衍生物P-EHCO-PC6tlBM,此衍生物作為受體 材料具有較好的性能；Zhang、Kuhlmann等通過(guò)將PC6tlBM的苯環(huán)替換為其他芳環(huán)，制備了一 系列PC6tlBM的衍生物，但這些衍生物的性能并仍不如PC6(iBM。
[0003] 隨著給體材料的迅速發(fā)展，很有必要制備出與這些給體材料相匹配的新型的受體 材料。然而，雖然目前有許多富勒烯衍生物被制備出來(lái)，并作為受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能 電池中，但它們的性能卻仍不如PC6(iBM。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了提供一種新的富勒烯衍生物，一種富勒烯衍生物的制備方 法，以及所述富勒烯衍生物在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、太陽(yáng)能電池和有機(jī)光導(dǎo)體材料中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明提供了一種富勒烯衍生物，其中，該富勒烯衍生物具有式（I)所示的結(jié)構(gòu)：
[0006]
[0007] 其中，R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立為氫、C1-C2tl的烷基、C1-C2tl的烷氧基或 C1-C12的酯基，n為1、2或3。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種富勒烯衍生物的制備方法，其中，該方法包括在惰性氣氛中、 在催化劑存在下，將富勒烯與具有式（II)所示結(jié)構(gòu)的化合物在有機(jī)溶劑中接觸，所述接觸 的條件使得到具有式（I)所示結(jié)構(gòu)的富勒烯衍生物；
[0009]
[0010] 其中，RpR2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立為氫、C「C2Q的烷基、C「C2Q的烷氧基或 C1-C12的酯基，R9、Rltl各自為鹵素。
[0011] 此外，本發(fā)明還提供了所述富勒烯衍生物在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、太陽(yáng)能電池和有 機(jī)光導(dǎo)體材料中的應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明提供的富勒烯衍生物具有較好的吸光性能和電子遷移性，因此，以所述富 勒烯衍生物作為太陽(yáng)能電池的n型材料時(shí)，能夠有效提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0013] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0015] 圖1為PC6tlBM與實(shí)施例1所制備的富勒烯衍生物Fl的吸光譜圖；
[0016] 圖2為實(shí)施例1所制備的富勒烯衍生物Fl的熱失重分析曲線；
[0017] 圖3為實(shí)施例11和對(duì)比例1所制備的太陽(yáng)能電池的電壓-電流曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0019] 本發(fā)明提供的富勒烯衍生物具有式（I)所示的結(jié)構(gòu)：
[0020]
[0021] 其中，RpR2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立為氫、C「C2Q的烷基、C「C2Q的烷氧基或 C1-C12的酯基，n為1、2或3。
[0022] 其中，所述C1-C2tl的烷基例如可以為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁 基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-丙基丁基、戊基、異戊基、2-甲 基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、3-乙基戊基、4-乙基戊基、己 基、異己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、2-乙基己基、庚基、異庚 基、辛基、異辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷 基、十七烷基、十八烷基、十九烷基和二十烷基中的一種或多種。
[0023] 所述的C1-C2tl的烷氧基例如可以為甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異 丁氧基、叔丁氧基、2-甲基丁氧基、3-甲基丁氧基、1-乙基丁氧基、2-乙基丁氧基、1-丙基丁 氧基、戊氧基、異戊氧基、2-甲基戊氧基、己氧基、異己氧基、2-甲基己氧基、3-甲基己氧基、 4_甲基己氧基、5-甲基己氧基、2-乙基己氧基、庚氧基、異庚氧基、辛氧基、異辛氧基、壬氧 基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基、十四烷氧基、十五烷氧基、十六烷氧基、 十七烷氧基、十八烷氧基、十九烷氧基和二十烷氧基中的一種或多種。
[0024] 所述C1-C12的酯基例如可以為甲酸甲酯基、甲酸乙酯基、甲酸丙酯基、甲酸丁酯基、 甲酸戊酯基、甲酸己酯基、乙酸甲酯基、乙酸乙酯基、乙酸丙酯基、乙酸丁酯基、乙酸戊酯基、 乙酸己酯基、丙酸甲酯基、丙酸乙酯基、丙酸丙酯基、丙酸丁酯基、丙酸戊酯基、丙酸己酯基、 丁酸甲酯基、丁酸乙酯基、丁酸丙酯基、丁酸丁酯基、丁酸戊酯基、丁酸己酯基、戊酸甲酯基、 戊酸乙酯基、戊酸丙酯基、戊酸丁酯基、戊酸戊酯基、戊酸己酯基、己酸甲酯基、己酸乙酯基、 己酸丙酯基、己酸丁酯基、己酸戊酯基和己酸己酯基中的一種或多種。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，1?1、1?2、1?3、1?4、1? 5、1?6為和1?8各自獨(dú)立為氫或(：1-(：5的烷氧 基。所述C1-C5的烷氧基例如可以為甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異丁氧基、 叔丁氧基、2-甲基丁氧基、3-甲基丁氧基、戊氧基和異戊氧基中的一種或多種，優(yōu)選為甲氧 基。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，所述富勒烯可以為現(xiàn)有的各種由五邊形和六邊形組成、具有封閉籠 狀結(jié)構(gòu)的碳原子簇，優(yōu)選地，所述富勒烯的碳原子數(shù)為60、70或80。
[0027] 本發(fā)明提供的富勒烯衍生物的制備方法包括在惰性氣氛中、在催化劑存在下，將 富勒烯與具有式（II)所示結(jié)構(gòu)的化合物在有機(jī)溶劑中接觸，所述接觸的條件使得到具有式 (I)所示結(jié)構(gòu)的富勒烯衍生物；
[0028]
[0029] 其中，R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立為氫、C1-C2tl的烷基、C1-C2tl的烷氧基或 C1-C12的酯基，R9和Rltl各自為鹵素。
[0030] 其中，所述C1-C2tl的烷基例如可以為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁 基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-丙基丁基、戊基、異戊基、2-甲 基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、3-乙基戊基、4-乙基戊基、己 基、異己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、2-乙基己基、庚基、異庚 基、辛基、異辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷 基、十七烷基、十八烷基、十九烷基和二十烷基中的一種或多種。
[0031] 所述的C1-C2tl的烷氧基例如可以為甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異 丁氧基、叔丁氧基、2-甲基丁氧基、3-甲基丁氧基、1-乙基丁氧基、2-乙基丁氧基、1-丙基丁 氧基、戊氧基、異戊氧基、2-甲基戊氧基、己氧基、異己氧基、2-甲基己氧基、3-甲基己氧基、 4_甲基己