文/知知都知道编辑/知知都知道有机光伏（OPV）是一种利用有机化合物创建薄层半导体材料的技术，具有制备和改性简单、灵活性和成本效益等独特优势。
有机半导体的使用提供了广泛的材料选择，并通过化学合成提供了改善其物理化学性质的绝佳机会，这种半导体的加工比硅电池的加工更简单，因为不需要大量材料，并且可以在各种基板上进行加工。
研究的目标是提高OPV的功率转换效率（PCE），通过开发或改性新的有机半导体，可以改善器件的性能和形态。
之前的研究报告称聚合物太阳能电池的 PCE 为 17.05%，尽管 OPV 领域取得了进展，但仍在尝试解决载流子迁移率差和光吸收不理想所造成的限制。
我们提供更多双极（供体-受体，D-A）材料开发报告，最近的研究表明，为了获得分子的双极特性，必须调整能级，使HOMO轨道的能量≥5.6 eV，LUMO轨道的能量在3.15 eV左右。
这些是环境条件下电子和空穴注入/电荷传输的基本条件，噻吩、三苯胺和咔唑衍生物用作 D 组分，而苯并噻二唑、二酮吡咯并吡咯和喹喔啉衍生物用作 A 组分，用于构建 D-A 型共轭聚合物，并且整个分子中供体和受体分子的排列不同。
由于喹喔啉单元上连接有两个独立的苯环，因此它可以抑制分子间聚集，从而减少电荷重组，引入DPQ作为辅助受体可以改善供体电子分布、吸收光谱红移、微调能级并提高光稳定性。
2,3-二苯基喹喔啉(DPQ)由于其合适的电负性、稳定的醌型结构和易于合成而成为一种有效的吸电子单元。
分子建模已成为使用量子化学计算研究分子和光电化学性质的有用工具，采用 Becke3-Lee-Yang-Parr (B3LYP) 方法的密度泛函理论 (DFT) 是用于分析有机系统的结构特征及其性质的最准确的工具之一。
理论研究的观察应谨慎对待，因为轨道能量依赖于基组，我们以往的经验表明，我们课题组合成的杂环化合物的理化性质可以通过cc-pVDZ碱基准确预测。
在这项工作中，考虑到具有D-A-D-A构型的分子在电子传输中的重要方面及其在光电器件中的固态应用，我们设计并合成了两种基于DPQ的化合物，其中给电子乙烯二氧噻吩或噻吩是与电子接受DPQ结合。
通过噻吩作为连接体，我们将氰基丙烯酸连接到 DPQ 作为额外的电子受体和锚定基团，化合物的设计基于以下考虑：使用噻吩和乙撑二氧噻吩作为电子给体以获得更正的HOMO能级；2，3-二苯基喹喔啉用作吸电子分离剂；引入噻吩作为供体和随后的分离剂以扩展整个系统的共轭；氰基丙烯酸单元用作电子受体，充当基材的锚定基团。
由于这种结构，可以延长分子共轭的长度并延长吸收，DPQ 形式的附加受体可以促进从基态到激发态的有效电荷转移。
2,3-二苯基喹喔啉衍生物的几何形状并优化其电子性能、光学和光伏参数，我们想要研究一种在其结构中已经具有电子供体和受体的系统作为潜在的双极性材料，并找出这种结构基序是否具有适当的光电特性以使用这些化合物作为细胞中的活性层。
两种产品2-氰基-3-(5-(8-(3,4-乙烯二氧基噻吩-5-基)-2,3-二苯基喹喔啉-5-基)噻吩-2-基)丙烯酸的合成方法，2-氰基-3-(5-(2,3-二苯基-8-(噻吩-2-基)喹喔啉-5-基)噻吩-2-基)丙烯酸，在-80℃下，用 SnMe 3 Cl 在 THF 中将3,4-亚乙基二氧噻吩单甲锡烷基化为 2-(三丁基甲锡烷基)-3,4-亚乙基二氧噻吩，产率 99% 。
反应的第一步是合成化合物2（Stille偶联），其基础是通过添加噻吩部分对结构进行修饰，使得环中硫原子的存在通过S-与锂配位而具有活化作用，然后通过丁基脱去质子在正丁基锂金属化反应过程中。
通过 Vilsmeier-Heck 反应将其转化为关键前体 5-(8-溴-2,3-二苯基喹喔啉-5-基)噻吩-2-甲醛 ，产率 16%。
下一步是钯催化的碳-碳键形成反应，即 Suzuki 或 Stille (5-(2,3-二苯基-8-(噻吩-2-基)喹喔啉-5-基)噻吩-2-甲醛 ( 4 )和 5-(8-(3,4-乙烯二氧基噻吩-5-基)-2,3-二苯基喹喔啉-5-基)噻吩-2-甲醛（5）。
化合物4或5与氰乙酸和哌啶反应，按照 Knoevenagel 缩合方案，所有合成的化合物均通过柱色谱技术进一步纯化，通过使用不同的光谱工具建立了这些目标化合物及其中间体的分子结构。
通过绘制285 nm至1200 nm光谱范围内的透射光谱来评估沉积在PEDOT:PSS/ITO/玻璃基板上的6和7的有机膜的光学性质。
可以看出，对于 285 nm 至 380 nm 的范围，两个样品的特性相似，对于 285 至 300 nm 的范围，透射率为 0%，因为玻璃在 300 nm 波长下不透明。
使用 Specialty Coating Systems Spin Coater G3P-8 进行旋涂工艺，使用由Taylor Hobson Precision制造的精密测量系统Form Talysurf 120测量层的厚度。
使用直径为 2 µm 的球体的测量探头，使用Talysurf软件对样品表面轮廓进行分析，溶液6和7的吸收光谱测量使用 Optizen Aplha Hybrid Mecasys 分光光度计在 THF 中进行测定，吸收光谱在室温下记录，波长范围为 280-1100 nm，使用石英比色皿。
使用具有分光光度计功能的 WVASE 椭偏仪测量样品的辐射透射率（光源是氙弧灯），波长范围为285 nm至1200 nm。
测量在室温下记录，氧化铟锡涂层载玻片，方形 (ITO)（表面电阻率 8–12 Ω/sq），聚（3,4-乙撑二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（1.3 wt.% 分散在 H 2中O，导电级）（PEDOT:PSS）铝（粉末，91%）、正丁基锂（己烷中 2.5 M）、5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂硼烷- 2-基)-2-噻吩 (98%)、3,4-乙烯二氧噻吩 (97%)、2-(三丁基甲锡烷基)噻吩 (98%)、双(三苯基膦)二氯化钯 (II) (98%)、氰乙酸(99%)、哌啶(99%)、无水N,N-二甲基甲酰胺(99.8%)、三氯氧化磷(V)(99%)。
使用前，四氢呋喃经Na/二苯甲酮缩酮干燥，使用其他市售物质和试剂而无需任何事先纯化，1 H NMR 和13 C NMR 光谱分别在 Bruker Avance III 400 MHz 仪器或 Bruker Avance II 600 仪器上在氘代氯仿 (CDCl 3 )中记录。
5,8-二溴-2,3-二苯基喹喔啉 (98%) 购自 TCI Europe，无水碳酸钾 (99%) 购自 Chempur，无水四氢呋喃购自 POCH。
在室温、氮气氛下将双(三苯基膦)二氯化钯(II)(PdCl 2 (PPh 3 ) 2 )(0.32g，0.450mmol)添加至1 (1.00g，2.27mmol)和2-(三丁基甲锡烷基)的混合物中)噻吩(0.89g，2.39mmol)的无水THF(50mL)溶液。
使用 Bruker microOTOF-Q 光谱仪 FWHM-17500，20 Hz 测定产物的分子量，元素的百分比组成是在 Elementar Americas 的 vario EL 立方体分析仪上测量的，5-溴-2,3-二苯基-8-(噻吩-2-基)喹喔啉的制备。
将所得混合物搅拌回流48小时，然后将反应混合物减压浓缩，用水稀释，并用EtOAc萃取，将萃取物用盐水洗涤，经MgSO 4干燥并浓缩。
通过硅胶柱色谱法(极性梯度的己烷-EtOAc)纯化残余物，得到呈黄色油状的2 (0.61g，61.4％)。
在氮气氛下将DMF(1.12mL，14.52mmol)添加至三颈烧瓶中，将其在冰浴中冷却，然后滴加POCl 3 (0.25mL，2.70mmol)并在室温下搅拌40分钟。
将化合物2 (0.92g，2.08mmol)溶解在30mL二氯乙烷中并添加到混合物中，将所得混合物搅拌回流24小时，通过添加10mL冷水和5mL 2M NaOH终止反应。
然后将反应混合物减压过滤，并用氯仿萃取滤液，通过柱色谱法(极性梯度的己烷-EtOAc)纯化粗产物，得到3 (0.152g，16.0％)，为橙色固体。
在室温下将双(三苯基膦)二氯化钯(II)(PdCl 2 (PPh 3 ) 2 )(0.117g，0.100mmol)添加至3 (0.238g，0.505mmol)、碳酸钾(0.209g，1.51mmol)的混合物中。
mmol) 和 5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂硼烷-2-基)-2-噻吩 (0.192 g, 0.656 mmol)，溶于甲苯 (30 mL)、MeOH (6 mL) 和水 (6 mL)，将所得混合物在氮气氛下搅拌回流48小时。
然后将反应混合物减压浓缩，用水稀释，并用EtOAc萃取，将萃取物用盐水洗涤，经MgSO 4干燥并浓缩，将残余物通过硅胶柱色谱法(极性梯度的己烷-EtOAc)纯化，得到4 (0.035g，14.6％)，为黄色固体。
在室温、氮气氛下将双(三苯基膦)二氯化钯(II)(PdCl 2 (PPh 3 ) 2 )(0.021g，0.0297mmol)添加至3 (0.07g，0.148mmol)和2-(三丁基甲锡烷基)的混合物中)亚乙基二氧基噻吩(0.096g，0.22mmol)的无水THF(20mL)溶液。
将所得混合物搅拌回流72小时，然后将反应混合物减压浓缩，用水稀释，并用EtOAc萃取。
将萃取物用盐水洗涤，经MgSO 4干燥并浓缩，通过硅胶柱色谱法(极性梯度的己烷-EtOAc)纯化残余物，得到5 (0.027g，34.2％)，为橙色固体，在三颈圆底烧瓶中，将5 (0.027g，0.051mmol)溶解在甲苯(20mL)中。
在氮气惰性气氛中添加氰基乙酸(0.013g，0.152mmol)，15分钟后，添加哌啶(0.0043g，0.051mmol)，将所得混合物搅拌回流过夜。
然后将反应混合物减压浓缩，用水稀释，并用EtOAc萃取，将萃取物用盐水洗涤，经MgSO 4干燥并浓缩，将残余物通过硅胶柱色谱纯化，使用二氯甲烷-甲醇(95:5)作为洗脱剂，得到6 (0.021g，70％)，为棕色固体。
在三颈圆底烧瓶中，将5 (0.035g，0.074mmol)溶解在甲苯(20mL)中，在惰性氮气气氛中添加氰乙酸(0.019g，0.222mmol)。
15分钟后，添加哌啶(0.0063g，0.074mmol)。
将所得混合物搅拌回流过夜，然后将反应混合物减压浓缩，用水稀释，并用EtOAc萃取。
将萃取物用盐水洗涤，经MgSO 4干燥并浓缩，将残余物通过硅胶柱色谱法纯化，使用二氯甲烷-甲醇(95:5)作为洗脱剂，得到呈黄色固体的7 (0.032g，50％)。
合成并表征了两种2,3-二苯基喹喔啉衍生物：2-cyano-3-(5-(8-(3,4-亚乙基二氧基噻吩-5-基)-2,3-二苯基喹喔啉-5-基)噻吩-2-基)丙烯酸( 6 )和2-氰基-3-(5-(2,3-二苯基-8-(噻吩-2-基)喹喔啉-5-基)噻吩-2-基)丙烯酸。
这种多步合成以良好的收率进行，量子化学结果显示了所获得系统的双极特性，例如窄能隙（2.09和2.20 eV）、低电离势（-6.20和-6.45 eV）以及HOMO / LUMO轨道的分布。
光学特性的实验结果与从头开始的研究密切相关，它们在可见光区域（380-550 nm）表现出良好的吸收，理论计算表明6与化合物7 （0.84 eV，（-0.60 eV）相比，V oc （0.96 eV） ，Δ G注入（-0.73 eV）更高。
因此由于与半导体传导相关的更高激发态，e -注入更有效因此，化合物6由于相对相似的 LHE、较大的 Δ G注入和V oc ，在有机太阳能电池的潜在应用中表现出有利的性能。