1.一种羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,结构式如式I所示:式I中,R1、R2相同或不同,独立地为烷基、取代烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、胺基、芳基、杂环基或上述取代基中的两种或两种以上的组合;
式I中,Ar为以下任一种基团:
1)苯环、噻吩、呋喃、硒吩或碲吩;
2)苯环、噻吩、呋喃、硒吩或碲吩中的两个或两个以上同种或不同种芳环之间直接或通过桥连单元构筑的芳环体系;
3)由1)或2)中所述的单元之间以键连形式构筑的共轭体系;
式I中,n为正整数。
2.根据权利要求1所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于:所述烷基、取代烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基或胺基独立地具有1‑50个碳原子;
所述取代烷基中含有的取代基为烷氧基、烷硫基、硅烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、酰亚胺基、烯基、炔基、羧基、氰基、砜基、亚砜基、芳基、杂环基或上述取代基中的两种或两种以上的组合;
所述芳基或杂环基为未被取代或者带有一个或多个取代基;
所述R1、R2和各取代基中的一个或多个氢原子可独立地被氟、氯、溴、碘或氰基取代。
3.根据权利要求1所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于:
1)中的芳环、2)中所述的芳环体系或3)中所述的共轭体系中含有取代基,优选的是,所述取代基为氢原子、氟原子、烷基、取代烷基、烷氧基、烷硫基、芳基、芳烷基、杂环芳烷基、芳氧基、芳硫基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、酰亚胺基、烯基、炔基、羧基、氰基或上述取代基中的两种或两种以上的组合;
所述Ar中含有的烷基的碳原子数为1‑50;
所述Ar中含有的取代基中的一个或多个氢原子可独立地被氟、氯、溴、碘或氰基取代;
式I中,n≥1,优选为5≤n≤500。
4.根据权利要求1所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,式I中,Ar具有如下所示的任一种结构,但不局限于以下结构:其中,R3、R4、R5、R6相同或不同,独立地为氢原子、氟原子、氯原子、烷基、烷氧基、烷硫基、芳烷基、酰基、酰氧基、酰硫基、酯基、胺基、酰胺基、酰亚胺基、烯基、炔基、羧基、氰基、砜基、亚砜基、芳基、杂环基或上述取代基中的两种或两种以上的组合;R7、R8相同或不同,独立地为烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、酯基、酰基或上述取代基中的两种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1或4所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物具有如下所示的任一种结构,但不局限于以下结构:其中,R1、R2、R1‑1、R1‑2、R2‑1、R2‑2相同或不同,独立地为烷基、取代烷基、烷氧基、烷硫基、硅烷基、胺基、芳基、杂环基或上述取代基中的两种或两种以上的组合;R3、R4、R5、R6、R7、R8具有权利要求4中给出的含义;m、n为正整数。
6.根据权利要求1所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物为如下式P1至式P10所示的任一种聚合物,但不局限于如下所示的聚合物:
其中,n为正整数。
7.根据权利要求1所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于:所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物通过芳基‑芳基偶联反应制备而成;
优选的是,所述芳基‑芳基偶联反应为Suzuki偶联反应、Stille偶联反应、Negishi偶联反应或直接芳基化Direct Arylation偶联反应。
8.一种羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物由如下式Ⅳ的相同或不同的重复单元形成:所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物为包含式Ⅳ重复单元的均聚物或共聚物;
优选的是,所述共聚物为统计共聚物、交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物中的一种或多种的组合;
更优选的是,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物为包含式Ⅳ重复单元的共聚物,且具有如下所示的任一种结构,但不局限于如下结构:其中,R1、R1‑1和R2‑1具有如权利要求1或2所给出R1的含义,R2、R1‑2和R2‑2具有如权利要求
1或2所给出R2的含义;Ar、Ar1和Ar2具有如权利要求1或3所给出Ar的含义;m、n为自然数且不同时为零。
9.根据权利要求8所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物为如下式P11或式P12所示的聚合物,但不局限于如下所示的聚合物:
其中,m、n为正整数。
10.根据权利要求8所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,其特征在于:所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物通过芳基‑芳基偶联反应制备而成;
优选的是,所述芳基‑芳基偶联反应为Suzuki偶联反应、Stille偶联反应、Negishi偶联反应或直接芳基化Direct Arylation偶联反应。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物的制备方法,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物通过以下方式制备而成:在氮气或惰性气体保护下,使式II所示化合物与式III所示化合物在催化剂的作用下发生共聚反应,得到结构式如式I所示的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,反应式如下:其中,X1、X2相同或不同,独立地为氢、氟、氯、溴、碘、苯磺酰氧基、烷基苯磺酰氧基、氟代烷基苯磺酰氧基、烷基磺酰氧基、氟代烷基磺酰氧基、磷酸酯、烷基氟硅基、硼酸基、硼酸酯基、三烷基甲锡烷基或卤化锌基团;Y1和Y2与X1和X2相匹配;
优选的是,当X1和X2独立地为氯、溴、碘、苯磺酰氧基、烷基苯磺酰氧基、氟代烷基苯磺酰氧基、烷基磺酰氧基或氟代烷基磺酰氧基时,Y1和Y2为氢、硼酸基、硼酸酯基、三烷基甲锡烷基或卤化锌基团;当X1和X2独立地为氢、硼酸基、硼酸酯基、三烷基甲锡烷基或卤化锌基团时,Y1和Y2为氯、溴、碘、苯磺酰氧基、烷基苯磺酰氧基、氟代烷基苯磺酰氧基、烷基磺酰氧基或氟代烷基磺酰氧基。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物的制备方法,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物通过以下方式制备而成:在氮气或惰性气体保护下,使式IIa所示化合物与式IIIa和式IIIb所示化合物在催化剂的作用下发生共聚反应,得到结构式如式Ia所示的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,反应式如下:
其中,X、Y分别具有如权利要求11所给出X1与Y1的含义;m、n为自然数且不同时为零。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物的制备方法,其特征在于,所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物通过以下方式制备而成:在氮气或惰性气体保护下,使式IIb和式IIc所示化合物与式IIIc所示化合物在催化剂的作用下发生共聚反应,得到结构式如式Ib所示的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物,反应式如下:
其中,X、Y分别具有如权利要求12所给出X和Y的含义;m、n为自然数且不同时为零。
14.一种聚合物共混物,其特征在于,所述聚合物共混物包含权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物和光电功能材料;
优选的是,所述光电功能材料为具有半导体、电荷传输、电子/空穴传输、电子/空穴阻挡、导电、光导、光敏、光伏或发光性质的有机物或无机物中的一种或多种。
15.一种组合物,其特征在于,所述组合物包含权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求14所述的聚合物共混物;与一种或多种溶剂。
16.权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至
10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求14所述的聚合物共混物或权利要求15所述的组合物在光学、电子学、电子、光探测、电致发光、光致发光、光电或者光伏器件中作为光电活性材料的应用;
优选的是,所述光电活性材料包括半导体材料、电荷传输材料、光导材料、导电材料、发光材料、光敏材料或光伏材料中的一种或多种。
17.一种器件,其特征在于,所述器件包含权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求14所述的聚合物共混物或权利要求15所述的组合物;
优选的是,所述器件为光学器件、光电学器件、电子器件、电致发光器件、光致发光器件、光探测器件或光伏器件;
更优选的是,所述器件为有机场效应晶体管OFET、薄膜晶体管TFT、集成电路IC、逻辑电路、电容器、无线电射频识别RFID标签、有机发光二极管OLED、有机发光晶体管OLET、平板显示器、显示器背光照明、有机光伏OPV器件、体异质结BHJ有机光伏OPV器件、聚合物太阳能电池PSCs、太阳能电池、有机光电探测器OPD、光电探测器PD、激光二极管、光导体、光检测器、电子照相器件、电子照相记录器件、生物记忆器件、感应器件、电荷注入层、电荷传输层、电荷阻挡层、聚合物发光二极管PLED中的活性层或电荷传输层、有机等离子体激元发射二极管OPED、肖特基二极管、平面化层、抗静电膜、聚合物电解质膜PEM、导电基底、导电图案、电极材料、配向层、生物传感器、生物芯片、生物成像、安全标识、安全器件或用于检测和区别DNA序列的器件;
进一步优选的是,所述器件为有机光伏OPV器件、聚合物太阳能电池PSCs或有机光电探测器OPD。
18.一种光活性层,其特征在于:所述光活性层包含权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物和n‑型电子受体。
19.根据权利要求18所述的光活性层,其特征在于:所述n‑型电子受体为小分子化合物或聚合物;优选的是,所述n‑型电子受体为末端带有吸电子单元的A‑D‑A型小分子化合物或末端带有吸电子单元的A‑D‑A型小分子化合物的聚合物;和/或
所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物与所述n‑型电子受体的质量比为1:(0.2~5),优选为1:(0.5~2),更优选为1:1;和/或所述光活性层由光活性层溶液形成,所述光活性层溶液的配制为:采用溶剂将权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物和n‑型电子受体混合均匀,得到所述光活性层溶液;
所述溶剂优选为甲苯、二甲苯、三甲苯、苯甲醚、甲基四氢呋喃、氯仿、氯苯、二氯苯中的至少一种溶剂或包含其中至少一种溶剂的混合物;
所述光活性层溶液中含有的所述羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物中浓度优选为0.5~80mg/mL,更优选为4~20mg/mL,所述光活性层溶液中含有的所述n‑型电子受体的浓度为
0.5~60mg/mL,更优选为3~20mg/mL。
20.权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至
10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求18或19所述的光活性层在薄膜半导体器件、光探测器件、有机光伏器件、聚合物太阳能电池器件或光电器件中的应用。
21.一种聚合物太阳能电池器件,其特征在于,包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及在所述第一电极和所述第二电极之间设置的至少一层半导体层,所述半导体层包含权利要求1至7中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求8至
10中任一项所述的羰基取代苯并二噻吩类共轭聚合物或权利要求18或19所述的光活性层。