[發明專利]一種用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物及其制備方法

在審

• 申請號: 201410400119.8
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104211691A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 李村;朱維菊;張晴;方敏
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C07D409/04
• 分類號: C07D409/04;C09B57/00;H01G9/20
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物，其特征在于，該化合物是由基于咔唑-噻吩的醛與氰基乙酸經Knoevenagel縮合反應得到的含有咔唑-噻吩基團的染料敏化太陽能電池材料，其分子特征是該化合物結構中含有N-取代咔唑基團、噻吩基團、氰基和羧基基團；該化合物具有長的共軛D-π-A結構，同時含有氰基和羧基，吸電子基團是氰基乙酸，噻吩基團的引入增加了染料分子的共軛橋長度，是作為太陽能電池敏化劑較為理想的材料；所述咔唑-噻吩類化合物的化學結構式如下：

其中，R是碳原子數目為n＝2-8烷基取代基。

2.一種如權利要求1所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)N-己基咔唑的合成

將咔唑溶于無水DMF中，室溫攪拌至完全溶解后分批加入NaH，油封，繼續室溫攪拌20min后用恒壓漏斗滴加含n-C₆H₁₃Br的DMF溶液，滴畢，80℃水浴回流3小時停止反應，冷卻后倒入水中，用體積比為1:1的鹽酸調節pH值至中性，靜置，析出粗產品，抽濾，用乙醇重結晶即可得N-正己基咔唑；

(2)3-溴-N-正己基咔唑的合成

將N-正己基咔唑，N-溴代丁二酰亞胺，過氧化苯甲酰，溶于無水DMF中，常溫避光攪拌48h，用大量水清洗，得深黃色油狀液體，用二氯甲烷萃取，加入適量無水MgSO₄干燥，靜置過夜，抽濾并旋干有機相，用少量二氯甲烷溶解產物，并拌入適量硅膠，經柱層析分離得淡黃色粘稠狀液體；

(3)3-(4-甲酰噻吩)-N-正己基咔唑的合成

將4-甲酰噻吩硼酸、3-溴-N-正己基咔唑和飽和Na₂CO₃溶液加入三口燒瓶中，充N₂保護，用注射器加入甲苯和乙醇的混合溶液，攪拌10min后分批加入Pd(PPh₃)₄，80℃回流48h。冷卻至室溫將產物倒入大量水中，得深褐色油狀液體，攪拌后用乙酸乙酯萃取，飽和食鹽水洗滌，得深褐色液體，加入無水MgSO₄干燥，靜置過夜，抽濾并旋干有機相，用柱色譜分離得黃色3-(4-甲酰噻吩)-N-正己基咔唑固體；

(4)3-(4-氰基丙烯酸噻吩)-N-正己基咔唑的合成

將3-(4-甲酰噻吩)-N-正己基咔唑溶于乙腈和氯仿混合液中，待全部溶解后加入氰基乙酸，哌啶，80℃溫度下回流18h，冷卻至室溫后，將產物加入水中，用二氯甲烷萃取，萃取后的有機層用無水MgSO₄干燥，靜置過夜，粗產物經柱層析得目標產物。

3.根據權利要求2所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述咔唑和溴己烷的摩爾比為5:7。

4.根據權利要求2所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述己基咔唑和NBS的摩爾比為1:1。

5.根據權利要求2所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述甲苯和乙醇的摩爾比為3∶1。

6.根據權利要求2所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述3-(4-甲酰噻吩)-N-正己基咔唑和氰基乙酸的摩爾比為1∶3。

7.根據權利要求1所述的用于染料敏化太陽能電池材料的咔唑-噻吩類化合物，其特征在于，將所述化合物的染料制作成染料敏化太陽能電池，在模擬太陽光下得到的光電轉化效率為0.98％。