[發明專利]硫脲/脲芳胺染料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210154785.9
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102675897A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 安忠維;伍致生;陳新兵;陳沛;劉曉春;劉騫峰;王建文;金立諾
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學;西安瑞聯近代電子材料有限責任公司
• 主分類號: C09B23/04
• 分類號: C09B23/04;H01G9/042
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于有機染料技術領域，具體涉及硫脲/脲芳胺為電子供體、芳香烴或雜環芳烴及其衍生物結構單元為橋鏈并連接不同吸電子基團的三苯胺有機染料。

背景技術

近年來，伴隨著人類對能源需求的增加以及全球變暖等環境問題的出現，各國科研工作者致力于開發新的可再生能源。由于具有成本低、性能優異、制造工藝簡單等諸多優點，染料敏化太陽能電池正逐漸成為實驗室研究以及工業應用開發的一個新熱點。

染料敏化太陽能電池主要由以下幾部分組成：導電基底材料（透明導電電極）、納米多孔半導體薄膜、染料光敏化劑、電解質和對電極。其中，染料光敏化劑是影響電池對光吸收效率的關鍵，其性能的優劣直接決定電池的光利用效率和光電轉換效率。

染料光敏化劑可分為兩大類，即金屬-配體絡合物和純有機光敏化劑。比較重要的金屬-配體絡合物有諸如N3、N719和CYC-B11等一些多吡啶釕光敏化劑，其光電轉換效率已經達到了11%，并表現出很好的穩定性。由于釕是貴金屬，資源稀缺，因而逐漸發展了純有機光敏化劑，最近，其光電轉換效率突破了10%。

有機染料作為染料敏化太陽能電池的光敏化劑有如下優勢：（1）與金屬-絡合物光敏化劑（金屬-配體電荷轉移吸收）相比它們的吸光系數（分子內π-π*轉換）更大，大的吸光系數可提高光的捕獲效率；（2）結構變化的多樣性為分子設計提供了可能，比如，取代基的引入，可以調節吸收光譜的范圍；（3）有機染料不含釕等貴金屬，因此成本低，污染小。

通常有機染料的結構特征為電子供體-共軛橋鏈-電子受體（D-π-A），這種結構上的特征簡化了新染料設計的難度，可以拓寬染料的光譜吸收范圍，也可以調節染料分子的HOMO和LUMO能級。

三芳胺單元作為電子供體，其中心氮原子容易氧化，并且所形成的正離子自由基具有優良的電荷傳導能力和穩定性，所以已被廣泛研究并應用于各種光電材料，比如有機電致二極管（OLEDs），有機場效應晶體管，非線性材料以及靜電印刷術等。近年來，研究表明三芳胺結構具有非常優異的光電功能，可作為有機光敏化劑的電子供體部分，三芳胺具有非平面的分子構型，所以不容易團聚，供電子能力優異。硫脲結構含N和S等富電子原子，所以在三芳胺結構基礎上并（硫）脲，可以進一步增強三芳胺的供電子能力。

發明內容

本發明所要解決的一個技術問題在于克服上述太陽能材料的缺點，提供一種電荷傳導能力優良、穩定性好的硫脲/脲芳胺染料。

本發明所要解決的另一個技術問題在于提供一種方法簡單、收率高的硫脲/脲芳胺染料的制備方法。

本發明所要解決的還有一個技術問題在于為硫脲/脲芳胺染料提供一種新用途。

解決上述技術問題所采用的技術方案是該染料的結構式如下：

式1

式1中，R₁～R₄為C1～C20的烷烴或C2～C20的烯烴；X為氧或硫；Ar為芳香烴、雜環芳烴或其衍生物所構成的橋鏈，具體為以下結構的任意一個或它們之間的組合物：

式中，R₅～R₁₅為氫原子、羥基、烷烴基、環烷基、烷氧基、芳氧基、鹵素中的任意一個，n為1～5整數；Ac為：

本發明染料的結構式1中，R₁～R₄最佳為C3的直鏈烷烴，X最佳為硫，R₅～R₁₅最佳為氫原子。

上述硫脲/脲芳胺染料的制備方法由下述步驟組成：

1、制備5-碘-1,3-二烷基苯并咪唑酮

在三口圓底燒瓶中加入1,3-二烷基苯并咪唑酮、冰乙酸、高碘酸鈉、碘、質量濃度為20%的硫酸水溶液，1,3-二烷基苯并咪唑酮與冰乙酸、高碘酸鈉、碘、硫酸的摩爾比為1：14：0.21：0.4：0.5，40℃反應8小時，向三口圓底燒瓶中加入水、乙酸乙酯，反應液與水、乙酸乙酯的體積比為1：1：1，分液，有機相用水洗至中性，用無水硫酸鎂干燥，過濾，常壓蒸除溶劑，得粗品，柱層析分離，制備成5-碘-1,3-二烷基苯并咪唑酮，其化學反應方程式如下：

2、制備式3化合物