Phenoxazine and diketopyrrolopyrrole based donor-acceptor conjugated polymers: synthesis and optical properties

Polímeros conjugados donante-aceptor a base de fenoxazina y dicetopirrolopirrol: síntesis y propiedades ópticas

Si bien se desarrollaron numerosas moléculas pequeñas basadas en fenoxazina para dispositivos electrónicos orgánicos, se ha recibido una atención muy limitada sobre los polímeros conjugados sintetizados que contienen esta fenoxazina. En este documento, diseñamos y sintetizamos dos nuevos copolímeros conjugados donante-aceptor de baja banda prohibida basados en fenoxazina con diferentes cadenas laterales y dicetopirrolopirrol mediante policondensación de (hetero)arilación directa catalizada por Pd utilizando un catalizador de Pd (OAc) ₂ y un ligando PCy₃.HBF₄. Se han investigado los efectos del alquilo ramificado de cadena lateral y del benzoilo de la fenoxazina sobre las propiedades térmicas y ópticas de los polímeros. Ambos polímeros tienen un buen rendimiento del 85%, un alto peso molecular de hasta 41500 g/mol, un bajo índice de dispersidad de 1,91, una excelente solubilidad en disolventes orgánicos comunes y un amplio espectro de absorción en el rango de 500-900 nm con bandas prohibidas ópticas tan bajas. como 1,40 eV. Todos estos polímeros poseen una buena estabilidad térmica con temperaturas de descomposición superiores a 350 oC y sin transiciones térmicas obvias.

1. INTRODUCCIÓN

En los últimos 20 años, los polímeros conjugados han recibido la mayor atención como nuevos materiales semiconductores orgánicos alternativos a los dispositivos basados en silicio para transistores orgánicos de efecto de campo (OFET), diodos orgánicos emisores de luz (OLED) y células solares poliméricas (PSC) debido a su flexibilidad, bajo coste, ligereza y procesabilidad en solución[1,2]. Por lo tanto, el descubrimiento de polímeros semiconductores innovadores es una tarea esencial para desarrollar dispositivos electrónicos de próxima generación. Entre ellos, los semiconductores basados en la fenoxazina (POZ), que incluyen heteroátomos de nitrógeno y oxígeno ricos en electrones en una estructura heterocíclica que resulta de una conformación de mariposa no plana, han mejorado enormemente el rendimiento de los dispositivos. Así, varias moléculas pequeñas que contienen POZ se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos orgánicos[3,4], incluyendo OLEDs[5,6], sondas fluorescentes[7], OSCs y células solares de perovskita[8-10], así como catalizadores fotoredox en polimerización radical por transferencia atómica[11]. A diferencia de las pequeñas moléculas basadas en POZ, los polímeros basados en POZ son mucho menos comunes, por lo que es necesario seguir investigando.

En los dispositivos optoelectrónicos orgánicos, los polímeros conjugados presentan claras ventajas sobre los materiales de moléculas pequeñas, como la flexibilidad y la capacidad de estiramiento[12-14]. Por lo tanto, es importante desarrollar polímeros conjugados con pesos moleculares elevados. Desde 2005, el grupo de Jenekhe publicó por primera vez un polímero conjugado basado en POZ[15], se han sintetizado varios polímeros conjugados de tipo p basados en POZ y se han utilizado en OFETs de canal p y PSCs[16,17]. También se han publicado algunos informes sobre polímeros escalares basados en POZ que sirven como materiales innovadores para electrodos de supercondensadores[18].