JPH0344582B2 - - Google Patents

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JPH0344582B2
JPH0344582B2 JP58167819A JP16781983A JPH0344582B2 JP H0344582 B2 JPH0344582 B2 JP H0344582B2 JP 58167819 A JP58167819 A JP 58167819A JP 16781983 A JP16781983 A JP 16781983A JP H0344582 B2 JPH0344582 B2 JP H0344582B2
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JP
Japan
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polyyne
electron
copper
composition
electrical conductivity
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JP58167819A
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Japanese (ja)
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JPS6060152A (en
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Hiroo Matsuda
Hachiro Nakanishi
Masao Kato
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な有機導電性材料及びその製造
方法に関するものである。さらに詳しくいえば、
本発明は、炭素原子20個当り銅原子0.8〜1.2個を
化学結合的に含有するポリイン組成物を基本成分
とし、これにドーピング剤を加えた新規な有機導
電性材料に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel organic conductive material and a method for producing the same. In more detail,
The present invention relates to a novel organic conductive material having as a basic component a polyyne composition chemically containing 0.8 to 1.2 copper atoms per 20 carbon atoms, to which a doping agent is added.

近年、エレクトロニクス産業の著しい技術進歩
に伴い、各種目的に適合したエレクトロニクス部
品用材料の開発が急務となつてきた。その中の1
つとして、たわみ性、加工性、耐薬品性の優れて
いる点で、有機材料を主体とする導電性材料が、
配線材料、電極材料、センサー、光電変換素子と
して注目されている。
In recent years, with remarkable technological progress in the electronics industry, there has been an urgent need to develop materials for electronics parts that are suitable for various purposes. 1 of them
One of the most important aspects of conductive materials is that they have excellent flexibility, processability, and chemical resistance.
It is attracting attention as a wiring material, electrode material, sensor, and photoelectric conversion element.

ところで、これまで有機導電性材料としては、
ポリアセチレン、ポリ(p−フエニレン)、ポリ
フエニレンスルフイド、ポリピロールなどにドー
ピング剤を添加させたものが知られ、これらは、
10-1〜102Scm-1程度の電気伝導度を示すが、無機
導電性材料に比べればかなり低く、安定性にも劣
るため実用上まだ十分なものとは言えない。
By the way, so far, organic conductive materials have been
Polyacetylene, poly(p-phenylene), polyphenylene sulfide, polypyrrole, etc. with doping agents added are known.
Although it exhibits an electrical conductivity of about 10 -1 to 10 2 Scm -1 , it is considerably lower than inorganic conductive materials and is inferior in stability, so it cannot be said to be sufficient for practical use.

本発明者らは、このような社会的要望と研究現
状に鑑み、高い電気伝導度を有し、実用可能な有
機導電性材料を開発すべく鋭意研究を重ねた結
果、多くのエチニル化合物が酸素の存在下で第一
銅塩の第三級アミン錯体すなわち第一銅塩と配位
子としての第三級アミンから成る触媒を用いて酸
化カツプリングされることに着目し、(ヘイら,
J.Org.Chem.,vol.27,p.3320〜3321)、この方法
をアセチレンの酸化カツプリングに適用して得ら
れた、炭素原子20個当り銅原子0.8〜1.2個を化学
結合的に含有するポリイン組成物を主体とし、こ
れにドービング成分を加えたものが、大きな電気
伝導度を有することを見いだし、この知見に基づ
いて本発明を成すに至つた。
In view of such social demands and the current state of research, the present inventors have conducted extensive research to develop practical organic conductive materials with high electrical conductivity.As a result, many ethynyl compounds have (Hay et al.,
J.Org.Chem., vol.27, p.3320-3321), which contains 0.8-1.2 copper atoms per 20 carbon atoms in terms of chemical bonds, obtained by applying this method to the oxidative coupling of acetylene. It has been discovered that a polyyne composition containing a doping component as a main component has a high electrical conductivity, and based on this knowledge, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、(イ)アセチレンを酸素存在
下で第一銅塩と配位子としての第三級アミンから
成る触媒を用いて酸化カツプリングして得た、炭
素原子20個当り銅原子0.8〜1.2個を化学結合的に
含有するポリイン組成物と、(ロ)電子受容性化合物
及び電子供与性化合物の中から選ばれた少なくと
も1種のドーピング成分から成る有機導電性材料
を提供するものである。
That is, the present invention provides (a) 0.8 copper atoms per 20 carbon atoms obtained by oxidative coupling of acetylene in the presence of oxygen using a catalyst consisting of a cuprous salt and a tertiary amine as a ligand. The present invention provides an organic conductive material comprising a polyyne composition containing chemically bonded 1.2 polyynes, and (b) at least one doping component selected from electron-accepting compounds and electron-donating compounds. be.

本発明の(イ)成分として用いるポリイン組成物
は、アセチレンを酸素存在下で第一銅塩と配位子
としての第三級アミンから成る触媒を用いて酸化
カツプリングすることにより得られる重合物で、
基本的構造は、式 (−C≡C)−o で表わされ、重合度nは通常3〜20程度であり、
これに酸化カツプリング触媒として用いた銅イオ
ンが末端アセチレンとのアセチリド形成や三重結
合への配位等の化学結合をすることにより、炭素
原子20個当り銅原子0.8〜1.2個を含有した構造を
有する物質である。
The polyyne composition used as component (a) of the present invention is a polymer obtained by oxidative coupling of acetylene in the presence of oxygen using a catalyst consisting of a cuprous salt and a tertiary amine as a ligand. ,
The basic structure is represented by the formula (-C≡C) -o , and the degree of polymerization n is usually about 3 to 20.
The copper ion used as an oxidation coupling catalyst forms a chemical bond with the terminal acetylene, such as forming an acetylide or coordinating to a triple bond, resulting in a structure containing 0.8 to 1.2 copper atoms per 20 carbon atoms. It is a substance.

また、(ロ)成分のドーピング成分としては、例え
ばヨウ素、臭素、塩素、五フツ化ヒ素、五フツ化
アンチモン、三酸化イオウ、過塩素酸、過塩素酸
銀のような電子受容性化合物、又はリチウム、ナ
トリウム、カリウム、リチウムナフタリド、ナト
リウムナフタリド、カリウムナフタリドのような
電子供与性化合物が用いられる。これらは単独で
用いてもよいし、また2種以上混合して用いても
よい。
In addition, as the doping component of component (b), for example, an electron-accepting compound such as iodine, bromine, chlorine, arsenic pentafluoride, antimony pentafluoride, sulfur trioxide, perchloric acid, silver perchlorate, or Electron donating compounds such as lithium, sodium, potassium, lithium naphthalide, sodium naphthalide, potassium naphthalide are used. These may be used alone or in combination of two or more.

ドーピング成分の含有量としては、70重量%を
超えない範囲が適当であり、この範囲内で所望の
電気伝導度に応じて適宜選択される。
The content of the doping component is suitably within a range not exceeding 70% by weight, and is appropriately selected within this range depending on the desired electrical conductivity.

本発明の有機導電性材料は、ドーピング成分の
種類及び含有量により、その電気伝導度を10-4
10-1程度の範囲で制御することができる。
The organic conductive material of the present invention has an electrical conductivity of 10 -4 to 10 -4 depending on the type and content of the doping component.
It can be controlled within a range of about 10 -1 .

本発明の有機導電性材料は、好適には、酸素存
在下、アセチレンを塩化第一銅と配位子テトラメ
チルエチレンジアミンを含む溶液中に導入して、
炭素原子20個当り銅原子0.8〜1.2個を化学結合的
に含有するポリイン組成物を形成させ、次いでこ
のようにして得たポリイン組成物に電子受容性化
合物及び電子供与性化合物の中から選ばれた少な
くとも1種の物質をドーピングさせることによつ
て製造することができる。
The organic conductive material of the present invention is preferably produced by introducing acetylene into a solution containing cuprous chloride and the ligand tetramethylethylenediamine in the presence of oxygen.
A polyyne composition chemically containing 0.8 to 1.2 copper atoms per 20 carbon atoms is formed, and then an electron-accepting compound and an electron-donating compound selected from an electron-accepting compound and an electron-donating compound are added to the polyyne composition thus obtained. It can be manufactured by doping with at least one substance.

この際に原料として使用されるアセチレンは、
例えば、カルシウムカーバイトに水を加えて発生
させたガスを塩化カルシウム等の乾燥剤を通して
乾装したものや、アセチレンガスボンベに蓄えら
れたものを用いることができる。
The acetylene used as a raw material in this case is
For example, a gas generated by adding water to calcium carbide and dried through a desiccant such as calcium chloride, or a gas stored in an acetylene gas cylinder can be used.

また、塩化第一銅と配位子テトラメチルエチレ
ンジアミンを含む溶液は、前記したヘイらの文献
において知られている好適な酸化カツプリング触
媒であり、溶媒としてはメタノール、エタノー
ル、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチル
アセトアミド、アセトニトリル、N−メチルピロ
リロドン、ベンゼン、トルエンなどを用いること
ができる。溶液の濃度は、0.001mol/〜
0.3mol/程度が好ましい。
Further, a solution containing cuprous chloride and the ligand tetramethylethylenediamine is a suitable oxidation coupling catalyst known in the above-mentioned literature of Hay et al., and the solvent is methanol, ethanol, acetone, dimethylformamide, dimethyl Acetamide, acetonitrile, N-methylpyrrolilodone, benzene, toluene, etc. can be used. The concentration of the solution is 0.001mol/~
Approximately 0.3 mol/mole is preferable.

さらに有利に実施するには、塩化第一銅と配位
子テトラメチルエチレンジアミを含む溶液に酸素
を導入し、さらにこの溶液にアセチレンガスを導
入する。この際に、溶液の色は青色から暗青色に
変わり、しだいに黒色沈殿が生成してくる。この
黒色沈殿を、水、希塩酸で繰り返し洗浄し、さら
にアセトンで洗浄したのち、真空乾燥すればポリ
イン組成物が、不溶不触の黒色固体として得られ
る。このものは、空気中で安定であり、光電子分
光法により分析した結果、炭素元素と銅元素の存
在比は、20:1であつた。このポリイン組成物の
銅元素含有率は、炭素元素:銅元素=20:0.8〜
20:1.2の範囲をとりうる。
In a more advantageous implementation, oxygen is introduced into the solution containing cuprous chloride and the ligand tetramethylethylenediamine, and acetylene gas is also introduced into this solution. At this time, the color of the solution changes from blue to dark blue, and a black precipitate gradually forms. This black precipitate is repeatedly washed with water and diluted hydrochloric acid, further washed with acetone, and then vacuum dried to obtain a polyyne composition as an insoluble and intangible black solid. This material was stable in air, and as a result of analysis by photoelectron spectroscopy, the abundance ratio of carbon and copper elements was 20:1. The copper element content of this polyyne composition is carbon element: copper element = 20: 0.8 ~
20:1.2.

このようにして得たポリイン組成物は、10-12S
cm-1の電気伝導度を有するが、これをドーピング
処理することにより、さらに高い電気伝導度のも
のとすることができる。
The polyyne composition thus obtained is 10 -12 S
It has an electrical conductivity of cm −1 , but it can be made to have an even higher electrical conductivity by doping.

すなわち、ポリイン組成物を粉末状のまま、あ
るいはペレツト状に成形したのち、電子受容性化
合物又は電子供与性化合物あるいはその混合物の
ガス雰囲気にさらすか、あるいはそれを含有する
溶液中に浸せきし、これらの成分をドーピングさ
せる。このようにして、電気伝導度は10-4
10-1Scm-1まで増大させることができる。
That is, the polyyne composition is formed into a powder or a pellet, and then exposed to a gas atmosphere containing an electron-accepting compound, an electron-donating compound, or a mixture thereof, or immersed in a solution containing the same. dope the ingredients. In this way, the electrical conductivity is 10 -4 ~
It can be increased up to 10 -1 Scm -1 .

本発明におけるポリイン組成物は、十分に洗浄
して不純物を除いたものが好ましいが、製造の際
に残存する触媒の銅イオンや副生する水、あるい
は有機溶媒をある程度含んでいても十分に使用す
ることができる。
The polyyne composition used in the present invention is preferably thoroughly washed to remove impurities, but it can be used even if it contains a certain amount of copper ions from the catalyst remaining during manufacturing, water by-products, or organic solvents. can do.

本発明の有機導電性材料は、広い温度範囲にわ
たつて一定の、高い電気伝導度を有し、空気中で
安定であるので、各種電子部品、電極、センサ
ー、光電変換素子などの材料として好適である。
The organic conductive material of the present invention has constant high electrical conductivity over a wide temperature range and is stable in the air, so it is suitable as a material for various electronic components, electrodes, sensors, photoelectric conversion elements, etc. It is.

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

参考例 1 塩化第一銅1g(0.01mol)をアセトン100ml
に溶解し、テトラメチルエチレンジアミン1.2g
をを加えて触媒溶液とする。これに酸素をバブル
する。
Reference example 1 1 g (0.01 mol) of cuprous chloride in 100 ml of acetone
1.2g of tetramethylethylenediamine dissolved in
Add to make a catalyst solution. Bubble oxygen into this.

カルシウムカーバイド32g(0.5mol)に水20
mlを加えて発生したアセチレンガスを、ドライア
イスメタノール浴につけたトラツプ及び塩化カル
シウム管を通して乾燥し、前記のようにして準備
した触媒溶液に導入する。触媒溶液は、青色から
暗青色に変わりしだいに黒色沈殿が生成してく
る。この沈殿をろ別し、水、希塩酸で繰り返し洗
浄し、さらにアセトンで洗浄した後、減圧乾燥し
て黒色固体のポリイン組成物3.8gを得た。
32g (0.5mol) of calcium carbide and 20g of water
ml of the acetylene gas generated is dried through a trap in a dry ice methanol bath and a calcium chloride tube and introduced into the catalyst solution prepared as described above. The catalyst solution changes from blue to dark blue, and a black precipitate gradually forms. This precipitate was filtered, washed repeatedly with water and diluted hydrochloric acid, and further washed with acetone, and then dried under reduced pressure to obtain 3.8 g of a black solid polyyne composition.

このものの物性値を以下に示す。 The physical properties of this material are shown below.

炭素元素と銅元素の存在比 実測値 C:Cu=20:0.96(光電子分光法) C≡C結合に基づく赤外吸収 2130cm-1 電気伝導度 10-12Scm-1 参考例 2 以前発明者らは、式 H−C≡C−C≡C−Cu で表わされる基本単位が複数個結合した構造を有
するブタジイニル銅配位高分子化合物に、電子受
容性化合物又は電子供与性化合物をドーピングす
ることによつて得られる有機導電性材料を提案し
ている。この基本成分であるブタジイニル銅配位
高分子化合物は、外部刺激、例えば衝激、熱刺
激、電気刺激等を与えることにより爆発的な変成
をする。具体的には、真空脱気したガラスアンプ
ル中にブタジイニル銅配位高分子化合物を入れ、
外部からガスバーナーで200℃程度に加熱すると
瞬時に爆発的変成をする。
Abundance ratio of carbon and copper elements Actual value C:Cu=20:0.96 (photoelectron spectroscopy) Infrared absorption based on C≡C bond 2130cm -1 Electrical conductivity 10 -12 Scm -1 Reference example 2 Previous inventors The method involves doping an electron-accepting compound or an electron-donating compound to a butadiinyl copper coordination polymer compound having a structure in which a plurality of basic units expressed by the formula H-C≡C-C≡C-Cu are bonded. We are proposing an organic conductive material obtained by this method. This basic component, the butadiinyl copper coordination polymer compound, undergoes explosive denaturation when subjected to external stimulation, such as impact, thermal stimulation, electrical stimulation, etc. Specifically, a butadiinyl copper coordination polymer compound is placed in a vacuum degassed glass ampoule,
When heated from the outside with a gas burner to around 200℃, it instantly undergoes explosive metamorphosis.

本発明のポリイン組成物は全く安定であり、同
一条件下で10分以上加熱しても変成しない。
The polyyne compositions of the present invention are quite stable and do not undergo denaturation even when heated for more than 10 minutes under the same conditions.

実施例 1 参考例1で得たポリイン組成物50mgを円板状に
加圧成形し、直径13mm、厚さ0.50mmのペレツトと
する。このペレツトの円周上に4本の白金線電極
を金ペーストで固定し、ヨウ素固体の入つた容器
中につるす。その容器内を真空にしてヨウ素の蒸
着を発生させ、ポリイン組成物のペレツト中にド
ーピングを進行させる。5日後、このペレツトの
ヨウ素含有率は約56重量%、バンデポウ(L.J.
van der Pauw)法で測定した電気伝導度は、
0.13Scm-1であつた。
Example 1 50 mg of the polyyne composition obtained in Reference Example 1 was pressure-molded into a disk shape to form pellets with a diameter of 13 mm and a thickness of 0.50 mm. Four platinum wire electrodes are fixed on the circumference of this pellet with gold paste and suspended in a container containing solid iodine. The interior of the container is evacuated to cause iodine deposition to occur and to advance doping into the pellets of the polyyne composition. After 5 days, the iodine content of the pellets was approximately 56% by weight.
The electrical conductivity measured by the van der Pauw method is
It was 0.13Scm -1 .

実施例 2 実施例1と同様に試料ペレツトを成形し、同様
の条件下で五フツ化アンチモンをドーピングし
た。3日後の五フツ化アンチモン含有率は約30重
量%、電気伝導度は、5×10-2Scm-1であつた。
Example 2 Sample pellets were formed in the same manner as in Example 1 and doped with antimony pentafluoride under the same conditions. After 3 days, the antimony pentafluoride content was approximately 30% by weight, and the electrical conductivity was 5×10 −2 Scm −1 .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 (イ)アセチレンを酸素存在下で第一銅塩と配位
子としての第三級アミンから成る触媒を用いて酸
化カツプリングして得た、炭素原子20個当り銅原
子0.8〜1.2個を化学結合的に含有するポリイン組
成物と、(ロ)電子受容性化合物及び電子供与性化合
物の中から選ばれた少なくとも1種のドーピング
成分から成る有機導電性材料。
1 (a) Chemical coupling of 0.8 to 1.2 copper atoms per 20 carbon atoms obtained by oxidative coupling of acetylene in the presence of oxygen using a catalyst consisting of a cuprous salt and a tertiary amine as a ligand. An organic conductive material comprising a polyyne composition containing a bond and (b) at least one doping component selected from electron-accepting compounds and electron-donating compounds.
JP58167819A 1983-09-12 1983-09-12 Organic conductive material and preparation thereof Granted JPS6060152A (en)

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