[發(fā)明專利]一種含BODIPY類共軛單元有機染料敏化劑及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-08-09
• 公開（公告）號: CN106221280B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 趙鴻斌;廖俊旭;徐勇軍;韓利芬;周偉男;李鈞華;肖永;招兆林
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C09B23/14
• 分類號: C09B23/14;C07F5/02;H01G9/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域：

本發(fā)明涉及染料敏華太陽能電池材料領域，具體的涉及一種含BODIPY類共軛單元有機染料敏化劑。

背景技術：

自1991年瑞士小組首次采用聯(lián)吡啶釕作為染料與納米多孔TiO₂薄膜制備了染料敏化太陽能電池(DSSCs)以來，染料敏化納米晶TiO₂太陽能電池就憑借低制備成本和較高的光電轉(zhuǎn)換效率成為近二十年來太陽能光電轉(zhuǎn)換領域的研究熱點。BODIPY母核具有多個活性位點，可以根據(jù)熱學、光學和電學性能要求進行適當?shù)男揎椇凸倌芑Ｈ藗兺ㄟ^對BODIPY母核各個位點進行修飾，合成了許多性能優(yōu)異的新型BODIPY染料。研究者們通常選擇在BODIPY母體的兩個吡咯環(huán)上進行修飾，通過引入不同性能的官能團，可以有效延長體系共軛鏈長，增加核心部分的剛性平面結構，其中在母核的3,5-位及2,6-位上引入取代基對染料分子的光譜性能影響最大。2,6-位修飾給受體電子基團的BODIPY染料敏化劑在2012年為Dai等報道，他們合成了以BODIPY為共軛π橋，苯并咪唑衍生物為給體單元，氰乙酸為吸附基團的一系列染料。該類分子表現(xiàn)了較寬的吸收光譜，能量轉(zhuǎn)換效率最高達到了2.26％，這是當時基于BODIPY染料敏化電池器件的最高光電轉(zhuǎn)換效率，展現(xiàn)了巨大的應用潛力。然而，關于這類2,6-位修飾的BODIPY染料敏化劑的效率一直未得到明顯的提高。

三苯胺是另一類光電性能優(yōu)異的電子傳輸材料，由于其具有強的給電子能力及原料價格低廉易得，已經(jīng)越來越廣泛應用于DSSC領域。然而其非平面的立體結構減弱了對光的吸收，因此我們將BODIPY單元與不同剛性的三苯胺衍生物結合起來，希望改善染料對光的吸收及光捕獲效率，從而提高電池的性能。通過改變給體的剛性平面結構，研究不同給體單元的給電子能力大小對染料的光譜和能級的調(diào)控作用，從而改善電池性能參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種含BODIPY類共軛單元有機染料敏化劑，具有新穎的分子結構、有較低的能隙值、寬的光譜吸收范圍，且其制備方法簡單，合成率高。

本發(fā)明的另一個目的是提供該含BODIPY類共軛單元有機染料敏化劑的制備方法，其制備方法簡單，產(chǎn)品純化簡單，產(chǎn)率高，且具有普適性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種含BODIPY共軛單元的有機染料敏化劑，該物質(zhì)具有通式(I)的化學結構：

式(I)中，D是給體單元，為以下結構單元中的一種：

其中，R、R₁為H或C_nH_2n+1烷基或烷氧基，n為1-20的自然數(shù)。

一種含BODIPY共軛單元的有機染料敏化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)在堿的作用下，對羥基苯甲醛經(jīng)烷基化反應，制得中間體1，其結構為：

(2)中間體1與吡咯縮合得到二吡咯烷中間體，二吡咯烷在三乙胺作用下與三氟化硼乙醚絡合反應得到中間體2，其結構為：

(3)中間體2與一氯化碘經(jīng)親電取代反應，制得中間體3，其結構為：

(4)中間體3在四(三苯基膦基)鈀的作用下與4-甲酰基苯硼酸經(jīng)Suzuki偶聯(lián)反應，制得中間體4，其結構為：

(5)中間體4再與一氯化碘經(jīng)親電取代反應，制得中間體5，其結構為：

(6)對烷氧基碘苯與對溴苯胺經(jīng)過烏爾曼反應，得到中間體6，其結構為：

(7)中間體6在四(三苯基膦基)鈀的催化作用下經(jīng)Suzuki偶聯(lián)反應，制得中間體7，其結構為：

(8)10-烷氧基亞氨基芪與對溴碘苯經(jīng)Buchwald–Hartwig偶聯(lián)反應，得到中間體8，其結構為：

(9)中間體8在四(三苯基膦基)鈀的催化作用下經(jīng)Suzuki偶聯(lián)反應，得到中間體9，其結構為：

(10)將對烷氧基碘苯與2-溴咔唑在碘化亞銅催化下經(jīng)過烏爾曼縮合反應，制得中間體10，其結構為：

(11)將中間體10與雙聯(lián)頻哪醇硼酯經(jīng)過Suziki偶聯(lián)反應，制得中間體11，其結構為：