[發明專利]一種噻唑硫酮并三苯胺類光敏染料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510717844.2
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105255209A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 靳玲俠
• 申請（專利權）人: 陜西理工學院
• 主分類號: C09B23/04
• 分類號: C09B23/04;C09K11/06;H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

技術領域

本發明屬于有機染料技術領域，具體涉及噻唑硫酮并三苯胺為電子供體、苯為橋鏈并連接吸電子基團的有機染料，以及該染料的制備方法。

背景技術

隨著人類對能源需求的逐年增加以及溫室效應等環境問題的出現，開發新的可再生能源受到了各國政府的高度重視。由于染料敏化太陽能電池的制造成本低、光電轉換效率高、工藝簡單，因此，這類電池是實驗室基礎研究以及工業應用開發的一個重點。

通常，染料敏化太陽能電池由導電基底材料(透明導電電極)、納米多孔半導體薄膜、光敏染料、電解質和對電極等幾部分組成。其中，光敏染料直接影響電池對光吸收效率，其性能的優劣決定電池的光利用效率和光電轉換效率。

光敏染料可分為兩大類：金屬絡合物和純有機光敏染料。金屬絡合物以N3、N719和CYC-B11等一些多吡啶釕化合物為代表，其光電轉換效率已經達到了11％，并表現出很好的穩定性。但是釕是貴金屬，資源稀缺，這類光敏染料的發展應用受到了一定的限制。因而逐漸發展了不含貴金屬的純有機光敏染料，并且純有機光敏染料光電轉換效率也突破了10％。

有機光敏染料的主要結構特征為D-π-A結構，也就是所謂的電子供體-共軛橋鏈-電子受體結構，這種結構上的特征便于設計合成新光敏染料，可以調節光敏染料的吸收光譜范圍，還可以調節光敏染料分子的HOMO和LUMO能級。

三苯胺單元容易氧化，并且具有優良的電荷傳導能力和穩定性。近年來，研究表明三苯胺結構具有非常優異的光電功能，可作為有機光敏染料的電子供體部分。為了進一步提高供體的供電子能力以及拓寬光敏染料的吸收范圍，可以向供體引入一些含氮、氧和硫等富電子雜原子的雜環，比如：二硫富瓦烯、四硫富瓦烯、吩噻嗪等。最近，環狀脲和環狀硫脲也被引入到電子供體中，達到了進一步增強三芳胺的供電子能力以及拓寬光敏染料吸收范圍的效果(CN201210154785.9)。但是供體中相鄰烷基的位阻作用引起供體的平面扭曲，這在一定程度上不利于電子從供體向受體傳遞，另外，這種扭曲在一定程度上破壞了分子的共平面性，從而光敏染料分子的光譜吸收范圍變窄。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述有機光敏染料的缺點，提供一種電荷傳導能力優良、穩定性好的噻唑硫酮并三苯胺類光敏染料，并為該染料提供一種操作簡單、收率高的制備方法。

解決上述技術問題所采用的技術方案是該光敏染料的結構式如下所示：

式中，R₁代表C₁～C₁₀烷基或C₂～C₁₀烯基。

上述噻唑硫酮并三苯胺類光敏染料的制備方法為：

1、制備式1化合物

以甲苯與蒸餾水的體積比為1:1的混合液為溶劑，將苯并噻唑硫酮、C₁～C₁₀的溴代烷烴或C₂～C₁₀的溴代烯烴、氫氧化鈉、四丁基溴化銨按摩爾比為1:1～1.3:1～1.3:0.05～0.15，50～70℃反應10～14小時，分離純化產物，得到式1化合物，其化學反應方程式如下：

2、制備式2化合物

以氯仿為溶劑，將式1化合物與液溴按摩爾比為1:0.5～0.6，60～80℃反應8～12小時，分離純化產物，得到式2化合物，其化學反應方程式如下：

3、制備式3化合物

以甲苯為溶劑，在氮氣保護下，將式2化合物、苯胺、叔丁醇鉀按摩爾比為1:0.5～0.6:2～2.5，120～140℃反應20～30小時，分離純化產物，得到式3化合物，其化學反應方程式如下：

4、制備式4化合物

以N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，將式3化合物與N-溴代丁二酰亞胺(NBS)按摩爾比為1:1～1.3，70～90℃下反應4～8小時，分離純化產物，得到式4化合物，其化學反應方程式如下：

5、制備式5化合物

以四氫呋喃與水的體積比為4:1的混合液為溶劑，在氮氣保護下，將式4化合物與對醛基苯硼酸、碳酸氫鈉、四(三苯基磷)鈀按摩爾比為1:1～1.3:1～1.3:0.04～0.06，50～70℃反應3～5小時，分離純化產物，得到式5化合物，其化學反應方程式如下：

6、制備噻唑硫酮并三苯胺類光敏染料