[發明專利]一種二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料及其制備和應用

無效

• 申請號: 201310550446.7
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103554958A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 薛松;梁茂;王志輝;孫喆;武全萍
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C09B57/00
• 分類號: C09B57/00;C07D495/14;H01G9/20
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及太陽能電池的有機染料光敏劑，特別是一種二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料及其制備和應用。?

背景技術

能源短缺和環境污染已經成為困擾人類的兩大難題，越來越制約著社會的可持續發展，所以太陽能等可再生能源的開發和利用成為研究的熱點，這種能源技術代表著綠色清潔能源的發展方向，符合低碳環保的理念。其中，太陽能電池是利用太陽能的主要技術之一。自1991年，瑞士科學家M.?Gr?tzel等人報道了一種新型的太陽能電池—染料敏化太陽能電池（DSSC），具有高效、低成本、低能耗、環境友好等優點，顯示出強大的商業應用前景。?

目前在眾多所被研究的染料中，釕基多吡啶類染料是最成功的一類染料。雖然釕基多吡啶染料的光伏性能優良，但這類染料使用貴金屬釕，制備成本高，另外還存在分離困難和摩爾吸光系數低等缺點，不利于DSSC?大規模商業化應用。因而，合成用于可替代Ru基多吡啶配合物的高效有機染料光敏劑成為該領域的研究熱點。

近年來，二氫吲哚類光敏劑由于其超強的供電性能，在染料敏化太陽能電池中的應用展現出良好的前景，為此我們設計一種新型二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料。本發明需要解決的技術問題是：設計并合成一類適用于染料敏化太陽能電池的高效二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料及其制備和應用，?

本發明的技術方案：

一種二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料，具有如下的結構通式：

式(I)中：R₁為C1-C6烷氧基，Ar的結構式為（Ⅱ）或（Ⅲ）：

式（Ⅱ）和（Ⅲ）中：R₂為C1-C6烷基。

一種所述二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料的制備方法，以二氫吲哚硼脂、四三苯基膦、碳酸鉀和烷氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛作為原料，依次經鈴木（Suzuki）偶聯反應和克腦文蓋爾（Knoevenagel）縮合反應得到目標物，步驟如下：

1）芴基或三聚茚基二氫吲哚-二噻吩吡咯甲醛的合成

在氮氣保護的條件下，將己氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛、芴基二氫吲哚硼脂或三聚茚基二氫吲哚硼脂、四三苯基磷、濃度為2M的碳酸鉀溶液和乙二醇二甲醚混合均勻，將得到的混合液加熱回流反應8小時，將得到的反應液a冷卻到室溫后，加水淬滅，然后用乙酸乙酯萃取、分液，用無水硫酸鎂干燥有機相，減壓蒸餾除掉溶劑后，經柱層析分離，柱層析所采用的淋洗劑中石油醚與乙酸乙酯的體積比為10：1，得到芴基或三聚茚基二氫吲哚-二噻吩吡咯甲醛；

2）二噻吩吡咯橋-芴基二氫吲哚類有機染料的合成：

將芴基或三聚茚基二氫吲哚-二噻吩吡咯甲醛、氰基乙酸、哌啶、乙腈和氯仿混合均勻，將得到的混合液加熱回流反應8小時，再往混合液中第二次加入氰基乙酸和哌啶，繼續回流反應8小時，將得到的反應液b冷卻到室溫后，加水淬滅，然后用二氯甲烷萃取、分液，用無水硫酸鎂干燥有機相，將得到的粗產品經柱層析分離，柱層析所采用的淋洗劑中二氯甲烷與甲醇的體積比為10：1，得到二噻吩吡咯橋-芴基二氫吲哚有機染料。

所述己氧基三苯胺取代的二噻吩吡咯溴醛、芴基或三聚茚基二氫吲哚硼脂、芴基二氫吲哚硼脂、濃度為2M的碳酸鉀溶液和乙二醇二甲醚的用量比為0.2?mmol：0.5?mmol：0.02?mmol：2?mmol：30?mL；淬滅加水量與反應液a的體積比為1:2。

所述芴基或三聚茚基二氫吲哚-二噻吩吡咯甲醛、氰基乙酸、哌啶、乙腈和氯仿的用量比為150?mg：30mg：60?mg?：10?mL：5?mL，其中：30mg氰基乙酸分18?mg?、12?mg兩次加入，60?mg分36?mg?、24?mg兩次加入；淬滅加水量與反應液b的體積比為1:1。

一種所述二噻吩吡咯橋-芴基二氫吲哚有機染料的應用，可作為染料敏化太陽能電池的光敏劑。

本發明的優點：將二噻吩吡咯橋引入到二氫吲哚染料中，可以有效的提高染料分子的摩爾吸光系數，提高對光的吸收能力；此外，在二氫吲哚和二噻吩吡咯橋中引入大位阻基團，可以有效印制電子復合，提高開路電壓，從而提高太陽能電池光電轉化效率。?

【附圖說明】

圖1為實施例1-2制備的二噻吩吡咯橋-二氫吲哚類有機染料溶解于二氯甲烷中的紫外可見吸收光譜。

圖2為實施例1制作的染料敏化太陽能電池結構示意圖。