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[0177] 構成本發明的電荷轉移絡合物的電子受體為電子接受性的有機化合物,不含金屬 原子。
[0178] 有機電子受體優選為具有至少1個吸電子基團的化合物。
[0179] 本發明中,吸電子基團是指哈米特的取代基常數〇p值大于0的取代基。
[0180] 此處,對哈米特的取代基常數〇 p值進行說明。哈米特法則是為了定量地評論取代 基對苯衍生物的反應或平衡所產生的影響、由L. P. Ha_ett于1935年所提出的經驗法則, 其合理性目前已被廣泛認可。哈米特法則所要求的取代基常數包括σρ值和 〇 "值,這些值 可以在許多一般教科書中找到,例如J. A. Dean編、"Lange's and book of Chemistry"、第 12版、1979年(McGraw-Hill)、"化學領域"增刊、122號、96~103頁、1979年(南光堂)中 有詳細內容。需要說明的是,本發明中利用哈米特的取代基常數σ ρ對取代基進行限定或 說明,但這并不意味著僅限定于具有上述教科書中所能找到的文獻已知的值的取代基,也 包括雖然其值為文獻未知的、但基于哈米特法則測定時包含在該范圍內的取代基。另外,本 發明中的有機電子受體中也包括不是苯衍生物的物質,作為顯示出取代基的電子效應的標 準,與取代位置無關而使用σρ值。本發明中,以這種含義使用σ p值。
[0181] 作為哈米特取代基常數〇p值為0.60以上的吸電子基團,可以舉出氰基、硝基、烷 基磺酰基(例如甲烷磺酰基)、芳基磺酰基(例如苯磺酰基)作為示例。
[0182] 作為哈米特σρ值為0.45以上的吸電子基團,除了上述基團以外,可以舉出酰基 (例如乙酰基)、烷氧羰基(例如十二烷氧基羰基)、芳氧基羰基(例如間氯苯氧基羰基)、烷 基亞磺酰基(例如正丙基亞磺酰基)、芳基亞磺酰基(例如苯基亞磺酰基)、氨磺酰基(例 如N-乙基氨磺酰基、N,N-二甲基氨磺酰基)、鹵化烷基(例如三氟甲基)、酯基、羰基、酰胺 基。
[0183] 作為哈米特取代基常數〇p值為0.30以上的吸電子基團,除了上述基團以外,可 以舉出酰氧基(例如乙酰氧基)、氨基甲酰基(例如N-乙基氨基甲酰基、N,N-二丁基氨基 甲酰基)、鹵化烷氧基(例如三氟甲氧基)、鹵代芳氧基(例如五氟苯氧基)、磺酰氧基(例 如甲基磺酰氧基)、鹵化烷硫基(例如二氟甲硫基)、被2個以上的σ p值為0. 15以上的吸 電子基團取代的芳基(例如2, 4-二硝基苯基、五氯苯基)、和雜環基(例如2-苯并噁唑基、 2-苯并噻唑基、1-苯基-2-苯并咪唑基)。
[0184] 作為〇 p值為〇. 20以上的吸電子基團的具體例,除了上述基團以外,可以舉出鹵 原子等。
[0185] 本發明中的吸電子基團優選哈米特取代基常數σ p值為0. 20以上的吸電子基團。 其中,優選氰基、硝基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、酰基、烷基亞磺酰基、芳基亞磺酰基、氨磺 酰基、鹵化烷基、烷氧羰基、芳氧基羰基、齒原子、酰胺基,更優選氰基、硝基、烷基磺酰基、芳 基磺酰基、酰基、鹵化烷基、烷氧羰基、齒原子、酰胺基。
[0186] 有機電子受體優選為下述通式(2)所表示的化合物。需要說明的是,電子受體為 高分子化合物的情況下,優選包含與下述通式(2)所表示的化合物對應的構成成分作為重 復結構的高分子。
[0187]
[0188] 通式(2)中,X表示na價的有機基團。EWG表示吸電子基團。na表示1以上的整 數。
[0189] 通式(2)中,EWG吸電子基團與上述吸電子基團含義相同,優選的范圍也相同。
[0190] 通式(2)中,X優選為與碳原子數為2以上的共輒脂肪族基團、芳香族基團或將它 們組合而成的基團所對應的na價的基團。
[0191] 該共輒脂肪族基團為具有由不飽和鍵構成的共輒結構的脂肪族基團,可以為直 鏈、支鏈、環狀中的任一種。另外,也可以包含雜原子。作為該脂肪族基團,具體地說,可以舉 出與乙烯、丁二烯、苯醌、環己二烯、醌二甲烷、環己烯等所對應的脂肪族基團,優選與苯醌、 環己二烯、醌二甲烷所對應的脂肪族基團。
[0192] 該芳香族基團可以為芳香族烴環基、芳香族雜環基中的任一種。
[0193] 作為該芳香族烴環,只要是具有芳香性的單環的烴環即可,關于成為其基本的環, 可以舉出苯環。
[0194] 作為該芳香族雜環,只要是具有芳香性的單環的雜環即可,沒有特別限定,可適當 地舉出5元環的芳香族雜環或6元環的芳香族雜環。作為構成雜環的雜原子,可以舉出硫原 子、氮原子、氧原子等,優選硫原子、氮原子。作為5元環的芳香族雜環,例如可以舉出噻吩 環、咲喃環、啦略環、咪唑環、啦唑環、噁唑環、異噁唑環、噻唑環、異噻唑環、三唑環、噻二挫 環。作為6元環的芳香族雜環,例如可以舉出吡啶環、嘧啶環、噠嗪環、吡嗪環、三嗪環。其 中,更優選5元環的芳香族雜環,進一步優選噻吩環、吡咯環、噻唑環、噻二唑環。
[0195] 這些脂肪族基團或芳香族基團可以具有上述吸電子基團EWG以外的取代基,但優 選不具有。
[0196] na表示1以上的整數,優選為4以上的整數。
[0197] 本發明中使用的有機電子受體優選具有由下述通式(2A)~(2C)中的任一者所表 示的結構的化合物。
[0200] 通式(2A)~(2C)中,Rz表示取代基。2個以上的Rz可以相同,也可以不同。Y表 示氧原子或取代有2個吸電子基團的碳原子。η表示0以上的整數。此處,相鄰的2個Rz 可以相互鍵合而形成環。
[0201] 除了作為引入聚合物中的側基的基團以外,Rz中的取代基優選為吸電子基團。需 要說明的是,吸電子基團可以舉出上述的吸電子基團,優選的范圍也相同。
[0202] 關于Rz,在通式(2Α)中,Rz優選氰基,在通式(2Β)中,Rz優選鹵原子、氰基,更優 選鹵原子,在通式(2C)中,優選齒原子、烷基、鏈烯基、炔基、烷氧羰基、酰基、氨基甲酰基、 氨磺酰基、烷基或者芳基磺酰基、全氟烷基、氰基、硝基。
[0203] Y為取代有2個吸電子基團的碳原子時的吸電子基團優選氰基、酰基。
[0204] E環優選5或6元環,更優選6元環。另外,優選飽和烴環或不飽和烴環,這些環可 以稠合芳香環、非芳香族的雜環或非芳香族的烴環。芳香環、非芳香族的雜環或非芳香族的 烴環優選上述通式(IA)、(IB)中舉出的示例。
[0205] E環優選醌型結構的6元環(2, 5-環戊二烯-1,4-二亞基)。
[0206] F環和G環優選5或6元環的環,可以為芳香環,也可以為非芳香族的雜環或非芳 香族的烴環。芳香環、非芳香族的雜環或非芳香族的烴環優選上述通式(IA)、(IB)中舉出 的示例。另外,還可以進一步稠合芳香環、非芳香族的雜環或非芳香族的烴環。
[0207] F環、G環優選選自苯環、萘環、吡啶環、噻吩環、噻二唑環、咪唑啉酮環、噻唑環、 2Η-咪唑環、吡唑啉酮環、吡咯烷二酮環、環戊二烯酮環中的環。
[0208] 下面示出本發明中使用的有機電子受體的具體例,但本發明并不限于這些。需要 說明的是,在下述具體例中,*表示重復結構的連結部位。
[0212] 本發明中使用的電荷轉移絡合物也可以使用市售品,另外,也可以如后述實施例 那樣適宜合成。
[0213] 2.金屬絡合物
[0214] 作為第2低能帶隙材料,可以舉出金屬絡合物。本發明中使用的金屬絡合物具有 特定的光學能帶隙,因此通過如上所述與納米導電性材料一同使用,從而可以提高熱電轉 換元件的性能。
[0215] 從熱電轉換性能的方面考慮,相對于納米導電性材料100質量份,熱電轉換材料 中的金屬絡合物的含量優選為5質量份~500質量份,更優選為20質量份~200質量份。
[0216] 本發明的熱電轉換材料中可以單獨使用1種金屬絡合物,也可以合用兩種以上。
[0217] 金屬絡合物的中心金屬優選為選自由Ni、Fe、Cu、Sn組成的組中的金屬原子或其 金屬離子。
[0218] 與中心金屬配位的原子優選雜原子,更優選硫原子、氧原子或氮原子。另外,在與 中心金屬配位的原子中,至少1個優選為硫原子或氧原子。
[0219] 作為本發明中使用的金屬絡合物,優選為下述通式(3)所表示的金屬絡合物。
[0220]
[0221] 通式(3)中,M表示選自由Ni、Fe、Cu以及Sn組成的組中的金屬原子或其金屬離 子。M為金屬離子的情況下,具有或不具有任意的抗衡離子。X n、X12、X13和X14各自獨立地 表示雜原子,X 11~X 14中的至少1個為硫原子或氧原子。R 11、R12、R13和R 14各自獨立地表示 取代基。Rn與R 12、R13與R14可以相互鍵合。
[0222] X11~X 14的雜原子優選硫原子、氧原子、或者氮原子。
[0223] 作為Rn~R14的取代基,可以舉出烷基(例如甲基、乙基、丙基、異丙基、叔丁基、戊 基、己基、辛基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基等)、環烷基(例如環戊基、環己基 等)、鏈烯基(例如乙烯基、烯丙基等)、炔基(例如乙炔基、炔丙基等)、芳香族烴環基(也 稱為芳香族碳環基、芳基等,例如苯基、對氯苯基、均三甲苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、蒽 基、甘菊環基、苊基、芴基、菲基、茚基、芘基、聯苯基等)、芳香族雜環基(優選5或6元環的 芳香族雜環基,另外成環雜原子優選硫原子、氮原子、氧原子、硅原子、硼、硒原子,例如吡啶 基、嘧啶基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、苯并咪唑基、吡唑基、吡嗪基、三唑基(例如1,2, 4-三 唑-1-基、1,2, 3-三唑-1-基等)、噁唑基、苯并噁唑基、噻唑基、異噁唑基、異噻唑基、呋吖 基、噻吩基、喹啉基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、吲哚基、咔唑 基、P專啉基、二氮雜味唑基(表示構成上述味啉基的味啉環的碳原子中的一個碳原子被氮 原子取代的基團)、喹喔啉基、噠嗪基、三嗪基、喹唑啉基、酞嗪基、硼雜環戊二烯基、氮雜硼 烷基等)、雜環基(非芳香族的雜環基,可以為飽和環也可以為不飽和環,優選5或6元環, 并且成環雜原子優選硫原子、氮原子、氧原子、硅原子、硒原子,例如吡咯烷基、咪唑烷基、嗎 琳基、B惡唑基等)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、戊氧基、己氧基、辛氧基、十二燒氧 基等)、環烷氧基(例如環戊氧基、環己氧基等)、芳氧基(例如苯氧基、奈氧基等)、燒硫基 (例如甲硫基、乙硫基、丙硫基、戊硫基、己硫基、辛硫基、十^燒硫基等)、環燒硫基(例如環 戊硫基、環己硫基等)、芳硫基(例如苯硫基、奈硫基等)、燒氧幾基(例如甲氧幾基、乙氧幾 基、丁氧幾基、辛氧幾基、十^烷氧基幾基等)、芳氧基幾基(例如苯氧基幾基、奈氧基幾基 等)、氨磺酰基(例如氨基磺酰基、甲基氨基磺酰基、二甲氨基磺酰基、丁基氨基磺酰基、己 基氨基磺酰基、環己基氨基磺酰基、辛基氨基磺酰基、十二烷基氨基磺酰基、苯基氨基磺酰 基、萘基氨基磺酰基、2-吡啶基氨基磺酰基等)、
[0224] 酰基(例如乙酰基、乙基羰基、丙基羰基、戊基羰基、環己基羰基、辛基羰基、2-乙 基己基幾基、十^烷基幾基、丙稀醜基、甲基丙稀醜基、苯基幾基、奈基幾基、R比陡基幾基 等)、酰氧基(例如乙酰氧基、乙基羰酰氧基、丁基羰酰氧基、辛基羰酰氧基、十二烷基羰酰 氧基、苯基羰酰氧基等)、酰胺基(例如甲基羰基氨基、乙基羰基氨基、二甲基羰基氨基、丙 基羰基氨基、戊基羰基氨基、環己基羰基氨基、2-乙基己基羰基氨基、辛基羰基氨基、十二烷 基幾基氣基、苯基幾基氣基、奈基幾基氣基等)、氣基甲醜基(例如氣基幾基、甲基氣基幾 基、二甲氨基羰基、丙基氨基羰基、戊基氨基羰基、環己基氨基羰基、辛基氨基羰基、2-乙基 己基氣基幾基、十^烷基氣基幾基、苯基氣基幾基、奈基氣基幾基、2 -吡陡基氣基幾基等)、 脲基(例如甲基脲基、乙基脲基、戊基脲基、環己基脲基、辛基脲基、十二烷基脲基、苯基脲 基、萘基脲基、2-吡啶基氨基脲基等)、亞磺酰基(例如甲基亞磺酰基、乙基亞磺酰基、丁基 亞磺酰基、環己基亞磺酰基、2-乙基己基亞磺酰基、十二烷基亞磺酰基、苯基亞磺酰基、萘基 亞磺酰基、2-吡啶基亞磺酰基等)、烷基磺酰基(例如甲基磺酰基、乙基磺酰基、丁基磺酰 基、環己基磺酰基、2-乙基己基磺酰基、十二烷基磺酰基等)、芳基磺酰基或雜芳基磺酰基 (例如苯磺酰基、萘基磺酰基、2-吡啶基磺酰基等)、氨基(包含氨基、烷基氨基、芳基氨基、 雜環氨基,例如氨基、乙基氨基、二甲氨基、丁基氨基、環戊基氨基、2-乙基己基氨基、十二烷 基氨基、苯胺基、萘基氨基、2-吡啶基氨基等)、氰基、硝基、羥基、巰基、甲硅烷基(例如三甲 基甲硅烷基、三異丙基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、苯基二乙基甲硅烷基等)等。
[0225] 其中,優選為芳香族經環基、芳香族雜環基、雜環基、芳氧基、芳硫基、芳氧基羰基、 氨磺酰基、酰基、酰氧基、酰胺基、氨基甲酰基。
[0226] 通式(3)所表示的金屬絡合物優選下述通式(3A)~(3D)中的任一式所表示的金 屬絡合物。
[0229] 通式(3A)~(3D)中,M與通式⑶中的M含義相同,優選的范圍也相同。M為金 屬離子的情況下,具有或不具有任意的抗衡離子。X al1~X a14各自獨立地表示-S-或-ο-。 Ral1~R a14、Rbn、Rbl2各自獨立地表示氫原子或取代基,R ε11~R。14各自獨立地表示取代基。 此處,Rall~R a14、Rbl1、Rbl2、ITn~Rε14中,相鄰的2個基團可以相互鍵合而形成環。ηχ表示 0以上的整數。
[0230] 作為Ral1~R a14、Rbl1、Rbl2、R。11~R。 14的取代基,可以舉出上述R 11~R 14的取代基。 Rbl1、Rbl2優選氫原子、烷基或芳基。
[0231] 下面示出金屬絡合物的具體例,但本發明并不限于這些。
[0232]
[0234] 本發明中使用的金屬絡合物也可以使用市售品,另外也可以進行化學合成。
[0235] 3.芳基胺化合物
[0236] 作為第3低能帶隙材料,可以舉出芳基胺化合物。本發明中使用的芳基胺化合物 具有特定的光學能帶隙,因此通過如上所述與納米導電性材料一同使用,可以提高熱電轉 換元件的性能。
[0237] 從熱電轉換性能的方面考慮,相對于納米導電性材料100質量份,熱電轉換材料 中的芳基胺化合物的含量優選為5質量份~500質量份,更優選為20質量份~200質量份。
[0238] 本發明的熱電轉換材料中可以單獨使用1種芳基胺化合物,也可以合用兩種以 上。
[0239] 作為本發明中使用的芳基胺化合物,優選為下述通式(4A)所表示的芳基胺化合 物的1電子氧化體、或者下述通式(4B)所表示的芳基胺化合物的2電子氧化體。
[0240]
[0241]
[0242] 通式(4A)中,La表示亞芳基、雜亞芳基或將它們組合而成的基團。Ar41表示芳香 族烴環基或芳香族雜環基。R 41~R43各自獨立地表示芳香族烴環基、芳香族雜環基、烷基、 芳基或環烷基。Y表示任意的抗衡陰離子。η的η表示1以上的整數。
[0243] 此處,η為2以上的情況下,Ar41、R41~R 43中的任一者具有陽離子的取代基或者部 分結構(優選另外的氮原子的自由基陽離子),但在與上述1電子氧化后的氮原子發生η 共輒的位置不具有經1電子氧化的氮原子。需要利用亞烷基等來切斷共輒。假如存在于共 輒的位置,則采取醌型結構。
[0244] 2電子氧化體以上的氧化狀態不穩定,η優選為2。
[0245] La中的亞芳基優選為亞苯基。La中的雜亞芳基中的雜環優選5或6元環,苯 環、雜環也可以進行稠合,例如可以舉出噻吩環、噻唑環、吡啶環等,具體地說,可以舉出噻 吩-2, 5-二基、苯并[1,2-b :4, 5-b' ]二噻吩-2, 6-二基。并且作為將它們組合而成的基 團,可以舉出亞聯苯基。
[0246] 通式(4A)所表示的芳基胺化合物的1電子氧化體優選為下述通式(4A-1)所表示 的1電子氧化體。
[0247]
[0248] 通式(4A-1)中,Ar41、R41 ~R43、Y、n 與上述通式(4A)中的 Ar41、R41 ~R43、Y、n 含 義相同,優選的范圍也相同。R4a表示取代基。n4a表示0~4的整數。
[0249] 1^中的取代基優選為烷基、鹵原子。
[0250] 另一方面,2電子氧化體形成了醌型結構(醌二亞胺結構)。
[0251]
[0252]
[0253] 通式(4B)中,Lb表示芳香族烴環的醌型結構的基團、芳香族雜環的醌型結構的基 團或將它們組合而成的基團。Ar 41、R41~R43、Y、n與上述通式(4A)中的Ar41、R 41~R43、Y 含義相同,優選的范圍也相同。η的η表示2以上的整數。
[0254] 此處,η為3以上時,為Ar41、R41~R43中的任一者具有陽離子的取代基或者部分結 構的情況,2電子氧化體以上的氧化狀態不穩定,η優選為2。
[0255] Lb中的芳香族烴環的醌型結構的基團優選為苯環的醌型結構的基團(2, 5-環己 二烯基-1,4-二亞基)。Lb中的芳香族雜環的醌型結構的基團中的芳香族雜環優選5或6 元環,苯環、雜環可以稠合,例如可以舉出噻吩環、噻唑環、吡啶環等,具體地說,可以舉出苯 硫基-2, 5-二亞基、苯并[1,2-b :4, 5-b' ]二硫代苯基-2, 6-二亞基。另外作為將它們組 合而成的基團,可以舉出亞聯苯基的醌型結構的基團。
[0256] 通式(4B)所表示的芳基胺化合物的2電子氧化體優選為下述通式(4B-1)所表示 的2電子氧化體。
[0257]
[0258] 通式(4B-1)中,Ar41、R41 ~R43、Y、n 與上述通式(4B)中的 Ar41、R41 ~R43、Y、n 含 義相同,優選的范圍也相同。R4b表示取代基。n4b表示0~4的整數。
[0259] 1^中的取代基優選為烷基、鹵原子。
[0260] 作為本發明中使用的芳基胺化合物,優選為下述通式(5)所表示的芳基胺化合物 或該化合物的1電子或者2電子氧化體。通式(5)所表示的芳基胺化合物的1電子或者2 電子氧化體具有或不具有任意的抗衡陰離子。
[0261]
[0262]
[0263] 通式(5)中,Ar51~Ar55各自獨立地表示芳香族烴環、芳香族雜環、單鍵、或者亞烷 基。其中,Ar 51或Ar52中的至少一者、以及Ar53或Ar54中的至少一者為芳香族烴環。R 51~ R55各自獨立地表示取代基。η 51~η 55各自獨立地表示0~3的整數。ml表示0或1。
[0264] 作為Ar51~Ar 55的芳香族烴環,可以舉出苯環、萘環,優選苯環。
[0265] 作為Ar51~Ar55的芳香族雜環,可以舉出吡咯環、噻吩環、呋喃環、咪唑環、吡唑環、 噁唑環、異噁唑環、噻唑環、異噻唑環、噻咯環、硒吩環、碲吩環、苯醌環、環戊二烯環、吡啶 環、吡啶酮-2-酮環、嘧啶環、噠嗪環、吡嗪環、三嗪環,優選噻吩環、呋喃環、吡啶環。
[0266] 作為Ar51~Ar 55的亞烷基,可以舉出碳原子數為2~14的亞烷基,優選碳原子數 為2~8的亞烷基。
[0267] 作為R51~R55的取代基,可以舉出烷基、鏈烯基、炔基、氨基、二烷基氨基、二芳基氨 基、N-烷基-N-芳基氣基、烷氧基、芳氧基、燒硫基、芳硫基、