一種含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子及其制備方法和應用，該化合物的結構式為式中CnH2n+1代表C2～C5直鏈烷基，x和y的取值為0或1。該液晶化合物通過Heck偶聯和sonogashira偶聯反應制備，合成方法簡單。本發明專利技術液晶化合物具有正介電各向異性和一定的向列相液晶區間，具有較高清亮點，且與其他液晶性化合物相溶性優異，可作為染料敏化劑分子應用于染料敏化太陽能電池中，還可應用于IPS顯示模式、TN顯示模式。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液晶化合物
，具體涉及一種含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子，以及該液晶化合物的制備方法和應用。
技術介紹
液晶材料發展至今，在液晶顯示、液晶光學器件、高強度彈性材料、有機太陽能電池材料等眾多領域中已經得到了應用。因而液晶材料作為交叉學科的研究熱點，已經被研究者們廣泛的研究。在能源危機與環境污染對全球可持續發展構成的挑戰日益加劇的形勢背景下，太陽能電池日漸被科學與工業界所高度重視。近兩年來，液晶研究者們做了大量的嘗試研究，期望能夠將液晶材料應用于太陽能電池研究領域。如今，已有一些液晶材料成功應用于太陽能電池領域。例如，AgnieszkaIwan報道了一種手性光敏液晶分子(AZOX)摻雜到有機太陽能電池的活性層中，改善了器件的光伏性能(LiquidCrystals,2015,42(7),964-972)。FanLi報道了一種離子液晶(6CNBP-N)添加到體異質結聚合物太陽能電池的陽極緩沖層中，誘導了活性層的相分離、結晶度和有序結構，增加了聚合物太陽能電池的光伏性能(RSCAdv.2015,5,52874-52881)。E.A.Soto-Bustamante報道了一種液晶(M6R8)納米顆粒摻雜到二氧化鈦納米顆粒中，可以提高有機無機復合太陽能電池的光電流(J.Mater.Chem.C,2015,3,8566--8573)。KuanSun報道了一種向列相液晶(BTR)非常適合可印刷的有機太陽能電池，摻雜到活性層中能夠提高太陽能電池的效率(NatureCommunications,2015,6,6013)。TakashiKato報道了一種液晶電解液(1/2-I2)應用在染料敏化太陽能電池中，可以使電池在高溫下正常運行(Chem.Mater.2014,26,6496-6502)。然而關于顯示用液晶材料應用于太陽能電池中的報道卻沒有。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種只存在向列相，具有較大正介電各向異性的顯示用液晶化合物，并為該顯示用液晶化合物提供一種制備方法和應用。解決上述技術問題所采用的技術方案是：該顯示用液晶化合物為含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子，其結構式如下所示：式中CnH2n+1代表C2～C5直鏈烷基，x和y的取值為0或1。上述含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子中，x和y的取值為0時，其合成路線和具體合成步驟如下所示：1、化合物11的合成在N2保護下，將4-吡啶硼酸、對溴碘苯、碳酸鉀按摩爾比為1:1.2:3加入到DMF和H2O的體積比為5:1的混合液中，40℃攪拌30分鐘后升溫至60℃，然后加入催化量的四(三苯基)膦合鈀，60℃攪拌反應15小時，分離純化產物，得到化合物1。2、化合物2的合成在N2保護下，將化合物1、三甲基乙炔基硅、三苯基膦按摩爾比為1:2:0.08加入到DMF和三乙胺的體積比為1:2的混合液中，60℃攪拌30分鐘后升溫至80℃，然后加入催化量的CuI和四(三苯基)膦合鈀，80℃攪拌反應9小時，分離純化產物，得到化合物2。3、化合物3的合成將化合物2和碳酸鉀按摩爾比為1:3加入到甲醇中，室溫攪拌2小時，分離產物，得到化合物3。4、目標化合物的合成在N2保護下，將化合物3、芳香烴碘代物nI、三苯基膦按摩爾比為1:1.2:0.2加入到三乙胺和DMF的體積比為2.5:1的混合液中，60℃攪拌30分鐘后升溫至80℃，然后加入催化量的CuI和四(三苯基)膦合鈀，80℃攪拌反應9小時，分離純化產物，得到含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子(nN-1)。上述含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子中，x的取值為1，y的取值為0，其合成路線和具體合成步驟如下所示：1、化合物1的合成按照上述方法合成化合物1。2、目標化合物的合成以甲苯與蒸餾水的體積比為4:1的混合物為溶劑，在N2保護下，將上述化合物1、含氟芳香烴炔醇nFOH、四正丁基溴化銨、四(三苯基)膦合鈀、氫氧化鉀按摩爾比為1:1.2:0.1:0.03:12，80℃攪拌反應12小時，分離純化產物，得到含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子(nFN-1)。上述含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子中，x的取值為0或1，y的取值為1時，其合成路線和具體合成步驟如下所示：1、化合物4的合成在N2保護下，將4-吡啶硼酸、3-氟-4-溴碘苯、碳酸鉀按摩爾比為1:1.2:3加入到DMF和H2O的體積比為5:1的混合液中，40℃攪拌30分鐘后升溫至60℃，然后加入催化量的四(三苯基)膦合鈀，60℃攪拌反應15小時，分離純化產物，得到化合物4。2、目標化合物的合成以甲苯與蒸餾水的體積比為4:1的混合物為溶劑，在N2保護下，將化合物4、含氟芳香烴炔醇nFOH或不含氟芳香烴炔醇nOH、四正丁基溴化銨、四(三苯基)膦合鈀、氫氧化鉀按摩爾比為1:1.2:0.1:0.03:12，80℃攪拌反應12小時，分離純化產物，得到含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子。本專利技術的芳香烴碘代物nI、含氟芳香烴炔醇nFOH或不含氟芳香烴炔醇nOH根據公開號為CN103805208A、專利技術名稱為《雙環己基乙撐基取代二苯炔液晶化合物及其制備方法》的中國專利技術專利申請中公開的方法合成。本專利技術的含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子在制備染料敏化太陽能電池中的用途，其具體使用方法如下：1、導電玻璃預處理將導電玻璃依次在洗滌劑、乙醇、去離子水中用頻率為40Hz、功率為100W的超聲波清洗30分鐘至1小時，110℃下烘干備用。2、配制染料溶液將含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子溶于乙腈與叔丁醇的體積比為1:1的混合溶劑中，配制成濃度為0.3mmol/L的染料溶液。3、配制電解質溶液將四丁基碘化銨、碘化鋰、碘、對叔丁基吡啶加入乙腈中，配制成電解質溶液，電解質溶液中四丁基碘化銨、碘化鋰、碘、對叔丁基吡啶的濃度分別為0.6mol/L、0.1mol/L、0.05mol/L、0.5mol/L。4、制備光陽極采用絲網印刷技術在預處理后的導電玻璃上制備面積為0.25cm2、厚度為12～20μm的納米多孔TiO2薄膜，450℃燒結30分鐘，自然降溫至室溫，制備成光陽極。5、制備工作電極將光陽極在染料溶液中浸漬12～24小時，得到敏化的工作電極。6、制備對電極采用絲網印刷技術在預處理后的導電玻璃上制備面積為0.25cm2、厚度為4～6μm的鉑漿料，制備成對電極。7、密封在電極的周邊位置，通過印刷噴涂把沙林熱封膜均勻置于設定位置，工作電極和對電極合上并密封，電解質溶液通過真空倒吸灌注，密封，制得染料敏化太陽能電池。本專利技術具有以下有益效果：1、本專利技術含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子具有正介電各向異性，且具有一定的向列相液晶區間，可應用于TN顯示模式和IPS顯示模式。2、本專利技術通過在反式環己烷與苯環之間插入能夠自由旋轉的乙撐橋鍵，且在分子結構中引入反式環己基、側氟取代基、二苯乙炔等結構，使該液晶化合物的相溶性較好。3、本專利技術選用吡啶環為末端基，與傳統的以柔性的烷基鏈為端基的液晶化合物相比，具有清亮點高的特點，由于混合液晶化合物的清亮點和單體的清亮點存在正相關的關系，故利用本專利技術液晶化合物可以拓寬液晶混合物的應用范圍。4、本專利技術首次將含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子作為染料敏化劑，應用在染料敏化太陽能電池中。附圖說明圖1是實施例1制備本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子，其特征在于該化合物的結構式如下所示：式中CnH2n+1代表C2～C5直鏈烷基，x和y的取值為0或1。

【技術特征摘要】
1.一種含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子，其特征在于該化合物的結構式如下所示：式中CnH2n+1代表C2～C5直鏈烷基，x和y的取值為0或1。2.權利要求1所述的含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子的制備方法，其中x和y的取值為0，其特征在于它由下述步驟組成：(1)化合物1的合成在N2保護下，將4-吡啶硼酸、對溴碘苯、碳酸鉀按摩爾比為1:1.2:3加入到DMF和H2O的體積比為5:1的混合液中，40℃攪拌30分鐘后升溫至60℃，然后加入催化量的四(三苯基)膦合鈀，60℃攪拌反應15小時，分離純化產物，得到化合物1；(2)化合物2的合成在N2保護下，將化合物1、三甲基乙炔基硅、三苯基膦按摩爾比為1:2:0.08加入到DMF和三乙胺的體積比為1:2的混合液中，60℃攪拌30分鐘后升溫至80℃，然后加入催化量的CuI和四(三苯基)膦合鈀，80℃攪拌反應9小時，分離純化產物，得到化合物2；(3)化合物3的合成將化合物2和碳酸鉀按摩爾比為1:3加入到甲醇中，室溫攪拌2小時，分離產物，得到化合物3；(4)目標化合物的合成在N2保護下，將化合物3、芳香烴碘代物nI、三苯基膦按摩爾比為1:1.2:0.2加入到三乙胺和DMF的體積比為2.5:1的混合液中，60℃攪拌30分鐘后升溫至80℃，然后加入催化量的CuI和四(三苯基)膦合鈀，80℃攪拌反應9小時，分離純化產物，得到含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子；3.權利要求1所述的含吡啶末端基二苯乙炔類液晶分子的制備方法，其中x的取值為1，y的取值為0，其特征在于它由下述步驟組成：(1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安忠維，陳然，王璐，陳新兵，陳沛，
申請(專利權)人：陜西師范大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61