КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-23-00252

НазваниеНовые электроноакцепторные билдинг-блоки и создание на их основе высокоэффективных фотовольтаических материалов

РуководительРакитин Олег Алексеевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук, г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2022 - 2023 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словасера-азотистые гетероциклы; синтез; органические красители; сенсибилизированные красителем солнечные ячейки; органические светодиоды с подобным спектру свечи излучением; внутренний акцепторный фрагмент; реакции кросс-сочетания

Код ГРНТИ31.21.27


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В последние годы электронные устройства, такие как светоизлучающие устройства, преобразователи энергии и полевые транзисторы, которые используют органические материалы в качестве активного слоя, приобретают значительный интерес во многих областях практического применения. В этих электронных устройствах, органические материалы играют ключевую роль, активно управляя процессами электронных переносов. Использование органических материалов вместо традиционных неорганических материалов дает множество преимуществ, таких как простота изготовления прибора, низкая себестоимость, универсальный молекулярный дизайн и легкость контроля за физическими свойствами материалов. Органические материалы используются в ряде важных приборов, таких как органические солнечные элементы, органические светодиоды, органические полевые транзисторы. Поиск новых эффективных органических материалов является важной и современной задачей, ориентированной на решение проблемы перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике. Исследования зависимости «структура-свойство» показали, что наиболее эффективные органические компоненты состоят из различных комбинаций донорных (D) и акцепторных (А) фрагментов. Внутренний акцепторный фрагмент играет значительную роль в формировании свойств полимерных и молекулярных материалов. Несмотря на внушительный объем экспериментальных данных по влиянию структуры отдельных фрагментов полимеров и малых молекул на фотовольтаические свойства материалов, создаваемых на их основе, оптические и электрохимические свойства, а также конечная эффективность фотофизических устройств не могут быть оценены только исходя из электроноакцепторных свойств внутреннего акцепторного блока. На настоящий момент не существует строгой системы предсказаний эффективности фотовольтаического устройства в зависимости от структуры красителя, поскольку на это влияет целый комплекс различных факторов. Разработка нового семейства эффективных внутренних акцепторных блоков для фотосенсибилизаторов решает сразу несколько научных задач. Во-первых, конечные целевые красители и устройства на их основе, которые будут получены и сконструированы в ходе выполнения проекта, должны обладать высокими значениями эффективности преобразования света, что делает их перспективными для применения на практике. Во-вторых, решение фундаментальной задачи по разработке оптимальных путей синтеза новых внутренних акцепторных блоков позволит мировым научным группам, работающим в этой области, осуществлять синтез сенсибилизаторов любого строения (как полимерных, так и молекулярных) с различным сочетанием донорных и акцепторных частей на основе открытых нами методов. В-третьих, варьирование внутренних акцепторных фрагментов в органических красителях позволит установить зависимость физических свойств и эффективности красителей от структурных изменений, что приблизит понимание фундаментальной проблемы взаимосвязи «структура-свойство». Поиск новых гетероциклических систем, содержащих атомы серы и/или селена, которые могут выступать в качестве внутренних акцепторов приобретает в последнее время все большее и большее значение и привлекает внимание значительного количества ученых, работающих в областях как синтеза такого рода структур, так и в области конструирования материалов из этих систем. Поэтому проблема конструирования новых гетероциклических систем, создание на их основе конкретных красителей, которые могут являться эффективными компонентами высокоэффективных фотовольтаических приборов различного назначения, является научно и технологически значимой. Главной задачей настоящего проекта является разработка комплексного подхода к дизайну и синтезу фотовольтаических материалов структуры D-π-A-π-A’ и D-π-A-π-D на основе конденсированных гетероциклов (А): 1,2,3- и 1,2,5-халькогенадиазолов, которые могут представлять интерес для получения конкретных материалов, обладающих полезными свойствами для конструирования различных фотовольтаических приборов. Проектом предусматривается разработка эффективных методов синтеза неизвестных ранее конденсированных с бензолом 1,2,3-халькогенадиазолов и 1,2,5-халькогенадиазолов (где халькоген = сера и селен): бензо[1,2-d:4,5-d']бис([1,2,3]тиадиазола), бензо[1,2-d:4,5-d']бис([1,2,3]селенадиазола), 1H,5H-бензо[1,2-c:4,5-c']бис([1,2,5]селенадиазола) и [1,2,5]селенадиазоло[3,4-f]бензо[c][1,2,5]тиадиазола, а также центрального кластера π-A-π на их основе. Синтез целевых молекул типа D-π-A-π-A’ и D-π-A-π-D предполагается осуществлять с помощью не только реакций кросс-сочетания, но и недавно открытого и малоисследованного метода прямого С-Н арилирования и гетероарилирования конденсированных с гетероциклами бензолов. Помимо разработки синтетических методов ряда молекул типа D-π-A-π-A’ и D-π-A-π-D в рамках выполнения проекта будет осуществлено создание на их основе молекулярных и наноразмерных материалов, таких как органические фотовольтаические приборы, сенсибилизированные красителем солнечные ячейки (DSSCs) и солнечные элементы с объемным гетеропереходом, органические полевые транзисторы и органические светодиоды. В ходе выполнения Проекта РНФ 15-13-10022 нами найдено, что такого рода усложненные структуры могут быть с успехом применены не только для конструирования эффективных DSSCs, но и для создания органических светоизлучающих диодов с подобным спектру свечи излучением. Важность последнего инновационного открытия заключается в обнаружении нового направления использования органических молекул для создания практически важных органических светоизлучающих диодов, которые обладают светоизлучающими характеристиками свечей. Такие светодиоды исключают вредное действие синей части спектра, присутствующее практически во всех применяемых искусственных источниках света на глаза человека, и увеличивает уровень гормона мелатонина, который очень важен для поддержания циркадного ритма нашего тела. Кроме того, предлагаемая нами стратегия синтеза красителей типа D-π-A-π-A1 и D-π-A-π-D предполагает промежуточный синтез структурных элементов типа π-A-π, которые могут быть использованы для получения полимерных акцепторных компонентов органических полевых транзисторов. Таким образом, сочетание разработки эффективных методов синтеза малоисследованных или неизвестных ранее конденсированных с бензолом 1,2,3-халькогенадиазолов и 1,2,5-халькогенадиазолов, новой стратегии синтеза малоисследованного типа красителей D-π-A-π-A1 и возможностей использования полученных соединений в различных фотовольтаических приборах позволяет утверждать, что предлагаемый нами проект обладает высокой степенью новизны и практической значимости.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта предполагается получить результаты как фундаментального характера по дизайну и стратегии синтеза новых красителей типа A’-π-A-π-A’ и D-π-A-π-D, так и практического характера, связанные с получением конкретных соединений, которые могут обладать важными физическими свойствами. Проектом предусматривается дизайн и синтез неизвестных ранее конденсированных с бензолом 1,2,3-халькогенадиазолов и 1,2,5-халькогенадиазолов (где халькоген = сера и селен): бензо[1,2-d:4,5-d']бис([1,2,3]тиадиазола), бензо[1,2-d:4,5-d']бис([1,2,3]селенадиазола), 1H,5H-бензо[1,2-c:4,5-c']бис([1,2,5]селенадиазола) и [1,2,5]селенадиазоло[3,4-f]бензо[c][1,2,5]тиадиазола, а также центрального кластера π-A-π на их основе, с помощью реакций кросс-сочетания по Сузуки и Стилле и недавно открытого и малоисследованного метода прямого С-Н арилирования и гетероарилирования конденсированных с гетероциклами бензолов. На основе конденсированных гетероциклов (А): 1,2,3- и 1,2,5-халькогенадиазолов, будет разработан комплексный подход к получению фотовольтаических материалов структуры A’-π-A-π-A’ и D-π-A-π-D, которые могут представить интерес для конструирования различных фотовольтаических приборов, в том числе сенсибилизированных красителем солнечных ячеек и солнечных элементов с объемным гетеропереходом, органических полевых транзисторов и органических светодиодов. Особый интерес представляет развитие нового направления использования органических молекул для создания практически важных органических светоизлучающих диодов, которые обладают светоизлучающими характеристиками свечей и являются безвредными для глаз человека.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ