侧链型C60富勒烯聚酯的合成及性能研究

为了合成结构明确、溶解性好、分子量高的C60富勒烯聚合物，本课题提出利用液晶高分子的去偶合原理，在C60富勒烯与高分子主链之间引入柔性间隔基链段，利用缩聚反应合成侧链型C60富勒烯聚酯化合物。本研究从设计合成含柔性间隔基的C60富勒烯的二醇，二酚或二酸单体出发，然后与常用的相应双官能团单体经缩聚合成侧链含C60富勒烯的聚酯。通过缩聚方法合成结构明确的聚合物；通过在C60富勒烯与主链之间引入柔性间隔基的方法改善聚合物的溶解性；通过控制单体纯度和摩尔比来提高聚合物的分子量；通过将含C60富勒烯的二醇分子和二酸分子缩合聚合，合成高C60富勒烯含量的聚酯化合物。系统研究单体组成、柔性链长度、C60富勒烯含量等对聚合物的结构及物理性能的影响，建立结构与性能的关系。在此基础上，研究单体或聚合物和聚噻吩衍生物共混制得有机体相异质结太阳能电池的效率，探索C60富勒烯聚合物在能源方面的潜在应用。

本课题主要研究富勒烯含量高、溶解性能好、结构明确的富勒烯聚合物及其相应单体的合成方法。通过应用侧链型液晶高分子的去偶合原理，在C60富勒烯和主链间加入柔性间隔基，较好的解决了大体积的富勒烯引入导致的高分子主链刚性强而溶解性能差的问题，通过缩合聚合的方法合成了结构明确的侧链型富勒烯聚合物，并研究其物理和化学性能。具体内容包括：1）合成了含柔性间隔基的C60富勒烯二醇单体，将其和不同的二酰氯单体进行溶液缩合聚合，成功合成了侧链含富勒烯的聚酯。该类富勒烯聚合物具有较高的分子量，富勒烯含量超过50%，在氯仿、二氯甲烷、苯甲醚、氯苯等溶剂中具有良好的溶解性能，并且和良好的成膜性能，为已知具有最高富勒烯含量的可溶性富勒烯聚合物。2）该类富勒烯聚合物具有很高的折射率，在入射光波长为589 nm 时，其折光指数为1.75以上，其中，采用对苯二甲酰氯和富勒烯二醇单体聚合合成的聚合物，其折光指数达到1.80，是一类新型的具有高折光指数的聚合物。就我们所知，这是国际上第一例有关富勒烯聚合物具有高折光指数的报道，拓宽了高折光指数聚合物的种类，并在光电产业中具有重要应用。此外，该类高富勒烯含量聚合物作为受体材料，有望在全聚合物有机太阳能电池方面得到很好地应用。