2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌的合成与研究

简述

2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)是一种化学式是C₁₂F₄N₄，分子量为276.15的化学物质，常表现为淡黄色粉末。该化合物是一个强的电子受体，与金属给体可形成一维半导体电荷转移纳米结构，具有较强的光电学特性以及记忆功能。自被发现以来，有关2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌的应用研究一直是人们关注的焦点，其不仅可作为p型掺杂半导体材料用于有机发光二极管制备，还可用于光伏器件以及场效应晶体管等物质的合成研究[1]。

理化性质

密度：1.571 g/cm³

熔点：291℃

沸点：-89.57℃

水溶性：不溶

合成方法

有机电致发光材料技术领域报道了一种2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌的合成方法。具体地，首先以2,3,5,6-四氟对苯二甲酰氯和三烷基氰硅烷为原料在无氧无水环境下进行缩合反应，得到中间体，然后脱除中间体中的三烷基硅氧基即可得到2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。该方法在简化合成方法的基础上，还减少了后处理所产生的废水，提高了合成过程中的安全性，适用于工业化生产，促进有机电致发光材料研究与发展[2]。

有关研究

钙钛矿太阳电池(PVSCs)因其优异的光电特性和效率高，成本低，易于制备的优点成为光伏领域的研究热点，其最高效率已突破26%，基本可与商业化硅基电池相媲美。然而，器件的长期稳定性仍然制约着钙钛矿光伏的商业化发展。钙钛矿表面高密度缺陷及钙钛矿/空穴传输层(HTL)界面处的电荷积累及离子迁移是导致器件性能下降重要因素。并且2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)作为最常用的HTL具有较差的环境稳定性，其降低了钙钛矿太阳电池器件的长期稳定性，限制了钙钛矿太阳电池的商业化应用。因此，以提升spiro-OMeTAD及界面稳定性为目标，聚焦钙钛矿/HTL界面处的电荷积累消除，离子迁移抑制来优化器件长期稳定性，是实现高效稳定的PVSCs的关键。 将1-芘甲基盐酸盐(PRMA)单层沉积在钙钛矿表面，同时将2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)掺杂到spiro-OMeTAD中，并利用PRMA和F4TCNQ之间的分子间π-π堆积和氢键作用在钙钛矿/HTL界面构建一种自组装共晶层(SAM-CL)。由于有机共晶体独特的双极电荷输运性质和高度有序的结构，SAM-CL优化了界面能级排列，减少了钙钛矿/HTL界面的电荷积累，从而改善界面载流子传输。此外，SAM-CL中的大芘环和氟原子具有良好的阻隔作用，有效地阻碍了离子迁移和水分入侵。因此，基于SAM-CL策略制备的PVSCs实现了24.03%的能量转换效率(PCE)和高达1.21V的开路电压。未封装的器件在相对湿度为70-80%的空气中存储超过1800小时后仍能保持接近85%的初始PCE[3]。

参考文献

[1]王晶,徐抒平,徐蔚青.光诱导Au/F4TCNQ-Ag界面的电荷转移机制研究[C]//中国化学会第十四届胶体与界面化学会议.0.

[2]姜坤.一种2,3,5,6四氟7,7',8,8'四氰二甲基对苯醌的合成方法:CN201610418253.X[P].CN106083652B.

[3]王雪莹.高效稳定钙钛矿太阳电池的空穴传输层及界面调控研究[D].南昌大学,2024.