[發明專利]一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201611183051.8
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106750194B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 鐘超凡;徐澤化;祝春曉;萬婷;夏暢;陳天祺;陳旭;聞高峰
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C09B69/10;H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物、制備方法和作染料敏化太陽能電池中染料敏化劑的應用。該染料分子結構是以苯并二噻吩衍生物(BDTT)或聚苯乙撐（PPV）作為電子給體（D），用過渡金屬Cd(Ⅱ)與鄰菲羅啉衍生物形成金屬螯合物作為輔助電子受體單元(A)以增加了電荷的有效傳輸，碳碳雙鍵作為π橋，氰基丙烯酸（CA）作為電子受體(A)和錨定基團。將電子給體和受體部分進行Yamamoto聚合反應，得到該類兩種染料敏化劑PBDTT?PhenCd和PPV?PhenCd。本發明的優勢在于該類染料在設計和合成上將無機、有機和高分子合理融為一體，光伏應用測試結果表明其具有較高的光伏性能：光電轉化效率（η）達6.68%、低的成本和良好的光與熱穩定性。

技術領域

本發明涉及一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物及其制備方法和作為染料敏化太陽能電池中染料敏化劑的用途，屬于功能材料中太陽能電池光電材料領域。

背景技術

染料敏化太陽能電池在和O’Regan在1991年研究發明以來不斷取得進展，已經成為最具發展潛力的可再生與清潔能源的技術之一。染料敏化太陽能電池模仿光合作用原理，其中染料敏化劑(簡稱染料)承擔著吸收太陽光以產生電子并傳輸電子的最重要功能，是影響染料敏化太陽能電池光伏性能的最關鍵的活性組成部分。染料敏化劑從分子結構上分為D-A型D-π-A型D-A’-π-A型，其中D-A’-π-A型染料是最新開發和最有發展潛力的結構類型，通過引入額外的輔助電子受體A，增強了染料的吸光響應，并使吸光范圍向長波方向移動；輔助受體和主受體間的π橋在傳遞電子的同時，還能抑制電子復合以及暗電流的產生；所以D-A’-π-A型染料與其他類型相比，它具有更好的光、熱穩定性和更高的光-電轉換效率。總而言之，D-A’-π-A結構的染料有著明顯的優勢，如可以方便的調節染料能級，促進吸收帶紅移，并且電池的光伏性能明顯得到改善，穩定性也有所提高。

本專利中鄰菲羅啉并咪唑具有大的剛性結構，能與很多金屬進行配位形成強的配位鍵而起拉電子作用，鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)配合物作為輔助電子受體，利于分子內電荷的轉移，增大了染料的吸光程度；苯并二噻吩衍生物(BDTT)與苯乙撐(PV)是非常好的給體材料，而且形成的聚合金屬配合物具有更大的π共軛結構，不僅有利于聚合金屬配合物的空穴傳輸和電子傳輸，而且具有高的穩定性；Cd(Ⅱ)的輔助配體8-羥基喹啉衍生物作為π橋，氰基丙烯酸(CA)作為主電子受體(A)與錨定基團，有效的促進電子注入到TiO₂導帶，增加了電荷的有效傳輸，有助于提高染料光電效率。

通過以上設計，有助于得到光-電轉換效率較高、穩定性好的新型染料，是染料敏化太陽能電池中是染料敏化劑發展的一個重要的新方向。本發明在獲得一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cu(Ⅱ)聚合金屬配合物的基礎上合成了新的一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物。

發明內容

本發明的目的：在于提供一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物及其制備方法和在染料敏化太陽能電池中用作為染料敏化劑的應用。通過Yamamoto聚合在鄰菲羅啉并咪唑衍生物的配體中引入苯并二噻吩衍生物(BDTT)或苯乙撐(PV)給體，合成兩個具有D-A’-π-A結構的聚合金屬配合物PBDTT-PhenCd和PPV-PhenCd，并應用于染料敏化太陽能電池中做染料敏化劑。

本發明的技術方案是：一類含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物，其特征在于，該化合物具有D-A’-π-A結構，其通式如式1：

一類具有含鄰菲羅啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金屬配合物PBDTT-PhenCd和PPV-PhenCd的制備方法：

(1)2-(2,5-二溴噻吩-3-基)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]菲羅啉的制備：