阅读说明：本技术 一类d-a型四氰基蒽醌二甲烷光电功能材料及其制备方法和应用 (D-A type tetracyanoanthraquinone dimethane photoelectric functional material and preparation method and application thereof ) 是由 霍二福 程伟琴 冯明 鲁鹏 杨帅 王延花 王毅楠 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一类新型的D-A型四氰基蒽醌二甲烷类小分子受体材料,及其制备方法和应用,所述受体材料结构如式I所示。该类小分子受体材料具有良好的溶解性和稳定性,吸收光谱与太阳光谱匹配良好,可用于太阳能电池材料领域。<Image he="539" wi="700" file="DDA0002553432180000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>(The invention provides a novel D-A type tetracyanoanthraquinone dimethane micromolecule acceptor material, a preparation method and application thereof, wherein the structure of the acceptor material is shown as a formula I. The micromolecular receptor material has good solubility and stability, and the absorption spectrum and the solar spectrum are well matched, so that the micromolecular receptor material can be used in the field of solar cell materials.)

一类D-A型四氰基蒽醌二甲烷光电功能材料及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于有机材料领域，具体涉及一类D-A型四氰基蒽醌二甲烷衍生物光电功能材料及其制备方法以及应用。

背景技术

在能源问题日见突出的今天，如何制造出低成本、高效率的太阳电池成为许多科研者面临的共性关键技术难题。有机太阳电池(OSCs)因其有机体系的巨大多样性，以及原料成本低、制备成本低、能耗低、能够与柔性衬底兼容等优势，成为近年来人们研究的热点。经过科研工作者的努力，在短短二十来年的时间里，其光电转换效率(PCE)从10^-2-10^-3％提高到了17.27％[An Q,Ma X,Gao J,et al.Science Bulletin,2019,64(8):504-506]。采用有机小分子引达省衍生物为受体材料，以吸收互补、能级匹配的聚合物或小分子为给体材料，制备的OSCs的PCE不断被刷新，但是由于这类有机小分子受体材料的合成条件比较苛刻，合成收率较低，合成成本偏高，是商业化应用的瓶颈，因此探索和开发合成条件简单、收率高、性能优良、窄带隙的有机小分子受体材料来提高OSCs的PCE，简化合成条件、降低生产成本，将是OSCs商业化的必经之路。

四氰基蒽醌二甲烷具有良好的光化学和光物理稳定性以及很强的电子亲和势，自1985年作为受体材料研究以来[Kini,A.M.,et al.,Journal of the American ChemicalSociety,1985,107(3):556-562]，引起人们的关注，但是该化合物溶解性差[Gautrot,J.E.,et al.,New Journal of Chemistry,2007.31(9):1585-1593]，吸收光谱比较窄，具有很强的聚集诱导发光性，因而在有机太阳电池领域的应用受到限制。

发明内容

本发明提供了一种结构新颖的D-A型四氰基蒽醌二甲烷类小分子受体材料，该类材料具有良好的吸收光谱，优良的溶解性能和电子传输性能等诸多优点。

本发明涉及一种具有式(I)结构的化合物：

其中，R为非取代或者任选被一个、两个或多个R_s取代的C_6-14芳基、5-14元杂芳基；R₁、R₂相同或不同，彼此独立地选自卤素、硝基、羟基、氰基、C_1-6脂肪烃基、C_1-6脂肪烃基-O-、C_1-6脂肪烃基-S-；R₃、R₄相同或不同，彼此独立地选自氢或C_1-6脂肪烃基；R_s选自C_1-20脂肪烃基、C_1-20脂肪烃基-O-、C_1-20脂肪烃基-S-、OH、SH；m、n独立地选自0-4的整数；t为1或2。

根据本发明的实施方案，R为非取代或者任选被一个、两个或多个R_s取代的苯基、吡咯、噻吩；R₁、R₂相同或不同，彼此独立地选自C_1-3脂肪烃基、C_1-3脂肪烃基-O-、C_1-3脂肪烃基-S-；R₃、R₄相同或不同，彼此独立地选自氢或C_1-3脂肪烃基；R_s选自C_1-12脂肪烃基、C_1-12脂肪烃基-O-、C_1-12脂肪烃基-S-；m、n独立地选自0、1、2、3；t为1或2。

根据本发明的实施方案，R₄选自C_1-8脂肪烃基、C_1-8脂肪烃基-O-、C_1-8脂肪烃基-S-。

根据本发明优选的实施方案，所述R基团可选自如下结构：

根据本发明的实施方案，式(I)具有以下式(II)或式(III)所示的结构：

其中，R、R₁、R₂、R₃、R₄、m、n独立地具有上文所述的定义。

根据本发明的实施方案，式(I)具有以下式(IV)所示的结构：

其中，R具有上文所述的定义。

本发明还提供式(I)所示化合物的制备方法，包括以下步骤：

将式M所示化合物与丙二腈反应，得到式(I)所示化合物；

其中，R、R₁、R₂、R₃、R₄、m、n、t独立地具有上文所述的定义。

根据本发明的实施方案，所述反应在有机溶剂存在下进行，所述有机溶剂优选为卤代烷烃，例如卤代C_1-3烷烃，例如二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、氯乙烷。

根据本发明的实施方案，所述反应优选在TiCl₄和缚酸剂存在条件下进行，所述缚酸剂优选为无水吡啶或N-甲基吗啉。

根据本发明的实施方案，所述反应优选先加入式M化合物，随后加入混合溶液，加热回流反应6-24h；再加入混合溶液，继续加热回流6-24h；所述混合溶液为丙二腈、TiCl₄、缚酸剂按照摩尔比1:(0.5-1.5):(1-3)进行混合的溶液，所述摩尔比进一步优选为1:(0.8-1.2):(1.5-2.5)或1:(0.9-1.1):(1.8-2.2)。

根据本发明的实施方案，所述反应包括后处理步骤，例如，反应完毕后，将反应混合液倒入冰水中淬灭，分液萃取，合并有机层，干燥、抽滤、浓缩后经柱层析纯化得到目标产物。

本发明还提供了式(I)所示化合物在太阳能电池器件中的用途。

优选地，所述式(I)所示化合物的定义如前述所定义。

优选地，所述电池为有机太阳能电池。

本发明还提供了一种有机太阳能电池器件，包括：第一电极、设置成面对所述第一电极的第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且包括光活性层的一个、两个或更多个有机材料层；其中所述有机材料层包含式(I)所示的化合物。

根据本发明，所述第一电极的厚度为30-60nm，例如40nm、50nm；

根据本发明，所述第二电极的厚度为60-100nm，例如70nm、80nm、90nm；

根据本发明，所述有机材料层的厚度为30-120nm，例如30-60nm、60-120nm。

根据本发明，所述有机材料层中包括式(I)所示结构与聚3-己基噻吩的混合层；所述有机材料层还可以进一步包括PEDOT:PPS[聚(3,4-二氧乙烷噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)]混合物。

根据本发明，所述包含式(I)所示结构的化合物的材料层可用作太阳能电池光敏层。

优选地，所述式(I)化合物的定义如前述所定义。

有益效果

(1)本发明化合物有良好且稳定的溶解性。在光电功能材料领域，解决溶解性问题的通用方法是引入长链烷烃，但在四氰基蒽醌二甲烷体系中使用这一方法并不能有效解决这一问题。本发明引入的特殊取代结构，使四氰基蒽醌二甲烷小分子受体材料在普通的有机溶剂中即能具有良好的溶解性，且在保存三个月之后，仍稳定保持该良好溶解性。此外，由于特定取代结构的引入，意外的获得更好的可见光吸收性能等，采用该材料制备的光伏器件的短路电流有较大幅度的提高。因而，本发明的化合物材料有利于光电器件的制备与优化修饰，适于在太阳能电池材料领域广泛应用。

(2)本发明的化合物通过特殊取代结构的引入，克服了四氰基蒽醌二甲烷分子的聚集诱导发光性。其在固体膜和有机溶剂中加水都没有荧光性能，是一类性能优良的有机太阳能电池受体材料。

(3)本发明化合物引入共轭给体单元结构，形成给体-受体形式的共轭小分子受体材料，有效增加了分子共轭体系，增加分子的吸收范围和强度，吸收光谱与太阳光谱匹配良好，具有较大的太阳能电池材料开发利用价值。

附图说明

图1为本发明D-A型四氰基蒽醌二甲烷光电功能材料的示例性合成反应式。

图2为本发明制备出的(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的核磁共振氢谱图。

图3为本发明制备出的(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的核磁共振碳谱图。

图4为本发明制备出的(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的核磁共振氢谱图。

图5为本发明制备出的(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的核磁共振碳谱图。

图6为有机太阳能电池器件的结构示意图。

其中，1为ITO玻璃；2为PEDOT:PSS[聚(3,4-二氧乙烷噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)]；3为含D-A型四氰基蒽醌二甲烷类受体材料和P3HT[聚(3-己基噻吩)]的共混薄膜；4为LiF；5为Al电极。

术语定义

本发明所涉及的“脂肪烃基”包括饱和或不饱和，直链或具有支链的链状烃基，所述脂肪烃基的类型可选自烷基、烯基、炔基等，所述脂肪烃基的碳原子数通常为1-20，进一步的优选范围包括1-12、2-8、3-7、4-6等，具体可包括但不限于如下基团：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-甲基乙烯基、1-丁烯基、1-乙基乙烯基、1-甲基-2-丙烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、1-戊烯基、1-己烯基、乙炔基，1-丙炔基，2-丙炔基，1-丁炔基，1-甲基-2-丙炔基，3-丁炔基，1-戊炔基和1-己炔基；其他基团(例如脂肪烃基-O-)中所含“脂肪烃基”部分同上述解释。

术语“C_6-10芳基”应理解为优选表示具有6、7、8、9、10、11、12、13或14个碳原子的一价芳香性或部分芳香性的单环、双环或三环烃环(“C_6-14芳基”)，特别是具有6个碳原子的环(“C₆芳基”)，例如苯基；或联苯基，或者是具有9个碳原子的环(“C₉芳基”)，例如茚满基或茚基，或者是具有10个碳原子的环(“C₁₀芳基”)，例如四氢化萘基、二氢萘基或萘基，或者是具有13个碳原子的环(“C₁₃芳基”)，例如芴基，或者是具有14个碳原子的环(“C₁₄芳基”)，例如蒽基。当所述C_6-14芳基被取代时，其可以为单取代或者多取代。并且，对其取代位点没有限制，例如可以为邻位、对位或间位取代。

术语“5-14元杂芳基”应理解为具有5、6、7、8、9、10、11、12、13或14个环原子—特别是5或6或9或10个碳原子—且其包含1-5个—优选1-3个—独立选自N、O和S的杂原子的一价单环、双环或三环芳族环基团，并且，另外在每一种情况下可为苯并稠合的。特别地，杂芳基选自噻吩基、呋喃基、吡咯基、噁唑基、噻唑基、咪唑基、吡唑基、异噁唑基、异噻唑基、噁二唑基、***基、噻二唑基等以及它们的苯并衍生物，例如苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并噁唑基、苯并异噁唑基、苯并咪唑基、苯并***基、吲唑基、吲哚基、异吲哚基等；或吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基等，以及它们的苯并衍生物，例如喹啉基、喹唑啉基、异喹啉基等；或吖辛因基、吲嗪基、嘌呤基等以及它们的苯并衍生物；或噌啉基、酞嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、萘啶基、蝶啶基、咔唑基、吖啶基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩噁嗪基等。

术语“卤素”表示氟、氯、溴、碘。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

化合物I-1：(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

1.1 2-溴甲基-9,10-蒽醌的合成

将44.45克(0.2mol)的2-甲基-9,10-蒽醌、35.6克(0.2mol)的NBS、2.99克(12.3mmol)的过氧化苯甲酰和500mL的四氯化碳加入到1L的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用500mL的甲醇室温搅拌3个小时，抽滤后滤饼用600mL的乙酸乙酯重结晶得到淡黄色固体，65℃真空干燥10个小时得49.88克产品，收率为82.83％，熔点为198-199℃；IR(KBr压片,cm^-1):3068.75,3032.1,2362.8,2343.51,1674.21,1589.34,1330.88,1323.17,1296.16,1228.66,981.77,931.62,879.54,860.25,794.67,727.16,711.73,675.09,634.58,615.29；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.32-8.35(m,4H),7.81-7.86(m,3H),4.61(s,2H)。

1.2 9,10-蒽醌-2-甲基溴化三苯基膦的合成

将24.1克(0.08mol)的2-溴甲基-9,10-蒽醌、24.1克(0.092mol)的三苯基膦和800mL的甲苯加入到1000mL的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用80mL的甲苯洗涤，65℃真空干燥10个小时得38.7克灰色固体粉末，收率为85.9％，熔点为315-316℃；IR(KBr压片,cm^-1):3421.72,3053.32,3005.1,2872.01,2848.86,2773.64,1672.28,1593.2,1436.97,1325.1,1294.24,1112.93,997.2,931.62,860.25,850.61,746.45,715.59,707.88,690.52,542,513.07；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.17-8.19(m,2H),8.11-8.16(m,2H),8.03-8.09(m,6H),7.84-7.89(m,5H),7.73-7.81(m,6H),5.93-5.97(d,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):182.21,181.89,138.12,138.07,135.19,135.16,134.83,.134.75,134.44,134.34,134.14,134.1,133.1,133.02,132.81,132.78,132.59,132.56,130.32,130.2,139.23,129.18,128.98,128.17,127.78,127.75,127.1,127.07,117.74,116.89.

1.3(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-9,10-蒽醌的合成

将16.9克(0.03mol)的2-[(三苯基溴化膦)-甲基]-9,10-蒽醌、6.26克(0.0303mol)的4-己氧基苯甲醛、5.04克(0.126mol)的氢化钠和300mL的四氢呋喃加入到500mL的圆底烧瓶中，氮气保护下加热回流12个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤液中加入300mL的乙酸乙酯，用水洗涤3次，干燥过夜，旋蒸去溶剂，用50mL的甲醇重结晶，抽滤的黄色固体，用30mL的乙酸乙酯洗涤，通过采用正己烷:乙酸乙酯:氯仿＝2:1:1为洗脱剂进行柱层析，65℃真空干燥10个小时得8.8克黄色固体粉末，收率为71.46％，熔点为114-115℃；IR(KBr压片，cm^-1):2953.02,2933.73,2866.22,1670.35,1608.63,1589.34,1577.77,1512.19,1473.62,1327.03,1296.16,1265.3,1251.8,1178.51,1033.85,979.84,962.48,931.62,842.89,786.96,727.16,709.8,661.58,555.5；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.39(d,1H),8.31-8.34(m,2H),8.27-8.29(d,1H),7.86(d,1H),7.77-7.86(m,2H),7.5-7.53(t,2H),7.32-7.36(d,1H),7.06-7.1(d,1H),6.91-6.94(d,2H),3.98-4.01(t,2H),1.76-1.83(m,2H),1.44-1.54(m,2H),1.33-1.37(m,4H),0.9-0.93(m,3H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):183.41,182.61,159.8,143.77,134.14,133.89,133.84,133.76,133.58,132.75,131.69,131.25,128.85,128.41,127.95,127.21,127.17,124.38,124.33,114.86,68.12,31.57,29.18,25.71,22.59,14.03.

1.4(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

将3.69克(9mmol)的(E)-2-[4`-(己氧基)苯乙烯基]-9,10-蒽醌和无水三氯甲烷600mL加入到1L的三颈瓶中，搅拌下加入混合溶液A[丙二腈1.8克(27mmol)+TiCl₄ 5.4mL(49.3mmol)+无水吡啶4.5mL(55.86mmol)]，加热回流反应18h后，再次加入A，回流24个小时后，自然冷却至室温后倒入冰水中淬灭反应，分液，水相用三氯甲烷(2×160mL)萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥过液，抽滤，浓缩后经柱层析(洗脱剂为二氯甲烷)纯化得紫黑色固体4.2克，收率92.1％；熔点为231-232℃；IR(KBr压片,cm^-1):2951.09,2929.87,2858.51,2223.92,1625.99,1587.42,1556.55,1510.26,1469.76,1421.54,1330.88,1303.88,1286.52,1251.8,1224.8,1174.65,1122.57,1111,1026.13,962.48,904.61,835.18,769.6,694.37,667.37,634.58,597.93,565.14,518.85；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.23-8.32(m,4H),7.74-7.80(m,3H),7.51-7.53(m,2H),7.32(s,1H),7.01-7.05(d,1H),6.92-6.95(d,1H),4.01(t,2H),1.78-1.85(m,2H),1.45-1.52(m,2H),1.34-1.39(m,4H),0.93-0.95(t,3H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):160.59,160.23,159.78,142.74,134.38,132.53,132.32,130.82,130.48,130.16,129.34,128.76,128.37,128.19,127.59,127.54,124.86,123.18,114.93,113.42,113.25,113.13,83.08,81.77,68.19,31.59,29.18,25.71,22.62,14.06.

实施例2

化合物I-2：(E)-2-[N-(2-乙基己基)-2`-吡咯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

2.1 2-溴甲基-9,10-蒽醌的合成

将44.45克(0.2mol)的2-甲基-9,10-蒽醌、35.6克(0.2mol)的NBS、2.99克(12.3mmol)的过氧化苯甲酰和500mL的四氯化碳加入到1L的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用500mL的甲醇室温搅拌3个小时，抽滤后滤饼用600mL的乙酸乙酯重结晶得到淡黄色固体，65℃真空干燥10个小时得49.88克产品，收率为82.83％，熔点为198-199℃；IR(KBr压片,cm^-1):3068.75,3032.1,2362.8,2343.51,1674.21,1589.34,1330.88,1323.17,1296.16,1228.66,981.77,931.62,879.54,860.25,794.67,727.16,711.73,675.09,634.58,615.29；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.32-8.35(m,4H),7.81-7.86(m,3H),4.61(s,2H)。

2.2 9,10-蒽醌-2-甲基溴化三苯基膦的合成

将24.1克(0.08mol)的2-溴甲基-9,10-蒽醌、24.1克(0.092mol)的三苯基膦和800mL的甲苯加入到1000mL的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用80mL的甲苯洗涤，65℃真空干燥10个小时得38.7克灰色固体粉末，收率为85.9％，熔点为315-316℃；IR(KBr压片,cm^-1):3421.72,3053.32,3005.1,2872.01,2848.86,2773.64,1672.28,1593.2,1436.97,1325.1,1294.24,1112.93,997.2,931.62,860.25,850.61,746.45,715.59,707.88,690.52,542,513.07；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.17-8.19(m,2H),8.11-8.16(m,2H),8.03-8.09(m,6H),7.84-7.89(m,5H),7.73-7.81(m,6H),5.93-5.97(d,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):182.21,181.89,138.12,138.07,135.19,135.16,134.83,.134.75,134.44,134.34,134.14,134.1,133.1,133.02,132.81,132.78,132.59,132.56,130.32,130.2,139.23,129.18,128.98,128.17,127.78,127.75,127.1,127.07,117.74,116.89.

2.3(E)-2-[N-(2``-乙基己基)-2`-吡咯乙烯基]-9,10-蒽醌的合成

将11.26克(0.02mol)的2-[(三苯基溴化膦)-甲基]-9,10-蒽醌、4.19克(0.0202mol)的N-(2`-乙基己基)2-吡咯甲醛、5.6克(0.14mol)的氢化钠和600mL的四氢呋喃加入到1000mL的圆底烧瓶中，氮气保护下加热回流48个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤液浓缩至300mL，加入300mL的乙酸乙酯，用水洗涤3次，有机相加入无水硫酸镁干燥过夜，滤除干燥剂、旋蒸去溶剂，用150mL的甲醇重结晶，抽滤的红色固体，用60mL的乙酸乙酯洗涤，所得深红色固体通过采用正己烷:乙酸乙酯:氯仿＝2:1:1为洗脱剂进行柱层析，65℃真空干燥10个小时得5.87克深红色固体，收率为71.32％，熔点为65.7-68℃；IR(KBr压片，cm^-1):2956.87,2927.94,2872.01,2858.51,1654.92,1585.49,1529.55,1475.54,1448.54,1328.95,1294.24,1076.28,979.84,950.91,931.62,779.24,705.95,665.44,638.44,611.43,542；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.30-8.32(t,3H),8.24-8.26(d,1H),7.75-7.80(m,3H),7.21-7.25(d,1H),6.94-6.98(d,1H),6.73(d,1H),6.64-6.65(d,1H),6.20-6.21(t,1H),3.89-3.92(t,2H),1.75-1.78(t,1H),1.27-1.37(m,8H),0.87-0.96(m,6H)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):183.40,182.48,144.12,134.11,133.88,133.82,133.58,131.28,130.73,130.65,127.99,127.16,124.87,123.88,123.04,121.22,108.80,108.48,50.93,41.41,30.61,28.66,23.97,23.02,14.05,10.76。

2.4(E)-2-[N-(2``-乙基己基)-2`-吡咯乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

将8.23克(0.02mol)的(E)-2-[N-(2``-乙基己基)-2`-吡咯乙烯基]-9,10-蒽醌和无水三氯甲烷650mL加入到1L的三颈瓶中，搅拌下加入混合溶液A[丙二腈4克(60.5mmol)+TiCl₄ 12mL(60mmol)+无水吡啶10.3mL(120mmol)]，加热回流反应18h后，再次加入A，回流24个小时后,自然冷却至室温后倒入冰水中淬灭反应，分液，水相用三氯甲烷(2×160mL)萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥过液,抽滤,浓缩后通过柱层析(洗脱剂为乙酸乙酯:三氯甲烷＝1:1)分离得黑色固体7.75克，收率76.35％；熔点为238-240℃；IR(KBr压片,cm^-1):2956.87,2927.94,28770.08,2362.8,2343.51,2223.92,1591.27,1558.48,1458.18,1325.1,1290.38,1174.65,931.62,769.6,711.73。

实施例3

化合物I-3：(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

3.1 2-溴甲基-9,10-蒽醌的合成

将44.45克(0.2mol)的2-甲基-9,10-蒽醌、35.6克(0.2mol)的NBS、2.99克(12.3mmol)的过氧化苯甲酰和500mL的四氯化碳加入到1L的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用500mL的甲醇室温搅拌3个小时，抽滤后滤饼用600mL的乙酸乙酯重结晶得到淡黄色固体，65℃真空干燥10个小时得49.88克产品，收率为82.83％，熔点为198-199℃；IR(KBr压片,cm^-1):3068.75,3032.1,2362.8,2343.51,1674.21,1589.34,1330.88,1323.17,1296.16,1228.66,981.77,931.62,879.54,860.25,794.67,727.16,711.73,675.09,634.58,615.29；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.32-8.35(m,4H),7.81-7.86(m,3H),4.61(s,2H)。

3.2 9,10-蒽醌-2-甲基溴化三苯基膦的合成

将24.1克(0.08mol)的2-溴甲基-9,10-蒽醌、24.1克(0.092mol)的三苯基膦和800mL的甲苯加入到1000mL的圆底烧瓶中，加热回流10个小时，自然冷却至室温后抽滤，滤饼用80mL的甲苯洗涤，65℃真空干燥10个小时得38.7克灰色固体粉末，收率为85.9％，熔点为315-316℃；IR(KBr压片,cm^-1):3421.72,3053.32,3005.1,2872.01,2848.86,2773.64,1672.28,1593.2,1436.97,1325.1,1294.24,1112.93,997.2,931.62,860.25,850.61,746.45,715.59,707.88,690.52,542,513.07；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.17-8.19(m,2H),8.11-8.16(m,2H),8.03-8.09(m,6H),7.84-7.89(m,5H),7.73-7.81(m,6H),5.93-5.97(d,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):182.21,181.89,138.12,138.07,135.19,135.16,134.83,.134.75,134.44,134.34,134.14,134.1,133.1,133.02,132.81,132.78,132.59,132.56,130.32,130.2,139.23,129.18,128.98,128.17,127.78,127.75,127.1,127.07,117.74,116.89。

3.3(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-9,10-蒽醌

将11.26克(0.02mol)的2-[(三苯基溴化膦)-甲基]-9,10-蒽醌、3.53克(0.018mol)的5-己基噻吩-2-甲醛、5.63克(0.141mol)的氢化钠和600mL的四氢呋喃加入到1000mL的圆底烧瓶中，氮气保护下加热回流18个小时，自然冷却至室温后倒入到500mL的冰水中，乙酸乙酯萃取(200mL×3次)，合并有机相用饱和食盐水洗涤(100mL×2次)，有机相加入无水硫酸镁干燥过夜，滤除干燥剂、旋蒸去溶剂，得到棕色固体，通过采用正己烷:乙酸乙酯:氯仿＝20:1:1为洗脱剂进行柱层析，65℃真空干燥10个小时得5.93克橘红色固体，收率为82.25％，熔点为107.6-108.7℃；IR(KBr压片，cm^-1):2954.95,2926.01,2852.72,2364.73,2341.58,1672.28,1622.13,1589.34,1564.27,1462.04,1325.1,1099.43,985.62,947.05,931.62,833.25,800.46,785.03,709.8,663.51,547.78；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.27-8.30(m,3H),8.21-8.23(d,1H),7.74-7.79(m,3H),7.38-7.42(d,1H),6.96-6.97(d,1H),6.82-6.86(d,1H),6.69-6.70(d,1H),2.78-2.82(t,2H),1.65-1.72(m,2H),1.31-1.40(m,6H),0.88-0.92(t,3H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):183.23,182.44,147.60,143.25,139.47,134.08,133.82,133.79,133.71,133.51,131.64,131.04,128.38,127.91,127.16,127.12,126.41,124.98,124.68,124.16,31.54,31.42,30.46,28.74,22.55,14.06。

3.4(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-11,11,12,12-四氰基-9,10-蒽醌二甲烷的合成

将6克(0.015mol)的(E)-2-[5`-己基-2`-噻吩乙烯基]-9,10-蒽醌和无水三氯甲烷600mL加入到1L的三颈瓶中，搅拌下加入混合溶液A[丙二腈3克(45mmol)+TiCl₄ 9mL(45mmol)+无水吡啶7.5mL(90mmol)]，加热回流反应12h后，再次加入A，回流24个小时后,自然冷却至室温后倒入冰水中淬灭反应，分液，水相用三氯甲烷(2×150mL)萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥过液,抽滤,浓缩后通过柱层析(洗脱剂为石油醚:三氯甲烷＝1:1)分离得黑色固体7.1克，收率95.3％；熔点为194-195℃；IR(KBr压片,cm^-1):2953.02,2926.01,2854.65,2223.92,1620.21,1597.06,1587.42,1556.55,1462.04,1328.95,1284.59,1211.3,1182.36,1122.57,1107.14,1037.7,950.91,902.69,823.6,798.53,769.6,694.37,671.23,599.86；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.18-8.26(m,4H),7.68-7.73(m,3H),7.36-7.40(d,1H),7.01-7.02(d,1H),6.79-6.83(d,1H),6.72-6.73(d,1H),2.79-2.83(t,2H),1.64-1.72(m,2H),1.29-1.39(m,6H),0.87-0.91(t,3H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz,CDCl₃)δ(ppm):160.49,159.65,148.55,142.21,138.98,132.48,132.27,130.80,130.41,130.08,129.35,129.14,128.14,127.84,127.52,127.49,125.20,124.57,123.46,113.39,113.36,113.18,113.06,83.04,81.68,31.50,31.40,30.49,28.69,22.52,14.04。

实施例4

参照实施例1、实施例2或实施例3的合成方法合成具体化合物结构，如下表：

表1

实施例5有机太阳能电池器件的制备

5mg化合物I-1与10mg P3HT[聚(3-己基噻吩)]混合，加入1mL二氯苯溶解，通过旋涂方式在经PEDOT:PSS修饰过的ITO玻璃基板上制备出薄膜，然后真空蒸镀LiF和Al制备出阴极。

该小分子受体材料的吸收光谱位于紫外可见及近红外区(200-800nm)，器件性能为：白光1.5G(100mW/cm²)照射下，开路电压(Voc)＝0.96V；短路电流(Isc)＝3.52mA/cm²；填充因子(FF)＝0.62。

实施例6有机太阳能电池器件的制备

5mg化合物I-2与10mg P3HT[聚(3-己基噻吩)]混合，加入1mL二氯苯溶解，通过旋涂方式在经PEDOT:PSS修饰过的ITO玻璃基板上制备出薄膜，然后真空蒸镀LiF和Al制备出阴极。

该小分子受体材料的吸收光谱位于紫外可见及近红外区(200-900nm)，器件性能为：白光1.5G(100mW/cm²)照射下，开路电压(Voc)＝0.98V；短路电流(Isc)＝6.58mA/cm²；填充因子(FF)＝0.71。

实施例7有机太阳能电池器件的制备

5mg化合物I-1与10mg P3HT[聚(3-己基噻吩)]混合，加入1mL二氯苯溶解，通过旋涂方式在经PEDOT:PSS修饰过的ITO玻璃基板上制备出薄膜，然后真空蒸镀LiF和Al制备出阴极。

该小分子受体材料的吸收光谱位于紫外可见及近红外区(200-880nm)，器件性能为：白光1.5G(100mW/cm²)照射下，开路电压(Voc)＝0.99V；短路电流(Isc)＝8.26mA/cm²；填充因子(FF)＝0.76。

实施例8有机太阳能电池器件的制备

按照上述方法替换化合物I-1为其他合成得到的化合物(化合物I-4～I-16)进行有机太阳能电池器件的制备。化合物I-4～I-16的吸收光谱位于紫外可见及近红外区(200-900nm)，所得器件性能为：白光1.5G(100mW/cm²)照射下，开路电压(Voc)＝0.9-1.2V；短路电流(Isc)＝1.2-8.6mA/cm²；填充因子(FF)＝0.5-0.8。

本发明太阳能电池器件结构如图6所示，1为ITO玻璃，2为PEDOT:PSS[聚(3,4-二氧乙烷噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)]，其厚度为30-60nm，3为含四氰基蒽醌二甲烷衍生物I-1～I-16受体材料和P3HT[聚(3-己基噻吩)]的共混薄膜，其厚度为60-120nm，4为LiF，其厚度为，1-10nm，5为Al电极，其厚度为60-100nm。

实施例9本发明化合物溶解性实验

本发明的四氰基蒽醌二甲烷衍生物类受体材料(实施例制备的本发明化合物I-1至I-9)在常见溶剂中有良好的溶解性，且在保存三个月之后，在上述常见溶剂中仍有良好溶解性，具体参见表2实验数据。

表2

实施例10本发明化合物的光伏性能

本发明的D-A型四氰基蒽醌二甲烷类受体材料由于具有良好的溶解性，良好的可见光吸收性能，光伏器件的短路电流有较大幅度的提高，实现了预期的良好效果，具体参见表3实验数据，可见本发明的化合物相较于作为对比的其他四氰基蒽醌型化合物，光伏性能有明显提升。

表3

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。