苝二酰亚胺衍生物的合成、一维分子自组装及其应用研究进展

总结了PDIs近些年来的研究进展，包括其分子合成方法和分子应用、超分子自组装技术及经其所构建的一维半导体纳米纤维材料的应用。

二、PDIs的合成

PDIs主要包括酰胺位（N-，N’-位）和湾位（1-，6-，7-，12-位）取代的苝二酰亚胺（图1）[1]。通常，对称（两侧取代基相同）和非对称（两侧取代基不同）型的酰胺位取代PDIs的合成采用经典的Langhals方法[1]：以大宗的化学品苝四羧酸二酐（PDA；图1）为原料，在高沸点的溶剂（如喹啉、咪唑等）中与胺类衍生物缩合制得。对称型结构可通过此方法直接合成（图1），产率一般很高，对脂肪胺而言，产率可达90%以上，对芳胺而言，产率也达60%以上。非对称型结构的合成通常需借助中间体苝单酰亚胺单酐，主要有两种路线（图3）[1]：

湾位取代PDIs的合成一般需首先合成湾位1，7-二溴取代或1，6，7，12-四氯取代的PDIs中间体，然后通过湾位的亲核取代反应，生成最终产物（图4）[1]。此处所述中间体的合成一般有两种途径[1]：方法1、以PDA为原料，首先合成酰胺位取代的衍生物，后再与溴化或氯化试剂反应；方法2、同样以PDA为原料，先进行二溴或四氯取代，再进行酰胺化反应。不管哪种路线，由于存在副反应和副产物等不利因素，最終的产率一般不超过50%。

除了上述的衍生物，肩位（2-，5-，8-，11-位；图1）取代的PDIs、PDIs二聚体、齐聚物或与其它单元结构的共聚物也受到广泛关注[1]。此系列分子也可以应用与上述合成方法类似的策略进行合成。

三、PDIs的应用

（一）染料和颜料

PDIs分子是一类具有红色至褐色的区间显示的有机分子，由于分子具有大的π共轭平面分子结构，具有出色的热学、光化学、化学和环境稳定性，溶解性较差、耐有机溶剂腐蚀，耐渗色性、耐光牢度、优越的染色性能和迁移能力等优点，从1913年发现到目前一直是作为重要的高级染料和颜料（涂料），广泛用于汽车面漆、塑料着色、纤维染色、高档装饰等方面，一般为红色[1]。

（二）有机太阳能电池（OSCs）

太阳能电池是目前人类直接利用太阳能的主要途径，是世界各国研究和开发的热点。许多包含PDIs结构单元的光伏材料具有一系列出色的性质，如较大的电子迁移率、较好的电子亲和度、出色的环境稳定性、简易的分子设计和合成、较高的太阳能吸收效率[8，9]。PDIs在太阳能电池领域主要作为光敏剂和电子受体材料，用于构建染料敏化太阳能电池或n-p体异质结太阳能电池，并有希望替代富勒烯及其衍生物材料[8]。2012年，Li等人[10]发表了一篇综述文章，总结了这个领域最近25年的发展。PDIs既可以作为可见光吸收材料与无机半导体如二氧化钛复合，拓展半导体的光谱吸收范围，也可以具有电子给体特征的p型有机共轭衍生物分子复合，制作成复合薄膜，形成互穿网络，或制作双层异质结，从而增大电子给体和电子受体材料界面接触范围，提高光伏效率[10]。由于PDIs的溶解性一般不好，制作器件后容易发生相分离，影响载流子的分离、扩散和传输，因此包含PDIs结构单元的齐聚物或聚合物分子也受到广泛关注[10]。如果将n型PDIs和p型酞菁类分子复合，不仅可以构建n-p型的异质结太阳能电池，而且它们叠加后的吸收光谱几乎覆盖了整个太阳光谱，可能极大提升太阳能的利用效率。

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