[發明專利]D-A-π-A型立體化吩噻嗪類染料敏化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810855905.5
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN108822100A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 賈海浪;彭智杰;林麗霞;關明云
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C07D417/14
• 分類號: C07D417/14;C09B21/00;H01G9/20
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種D?A?π?A型立體化吩噻嗪類染料敏化劑及其制備方法和應用，所述染料敏化劑的分子結構如式A所示，該染料敏化劑以廉價易得的吩噻嗪作為起始原料，經過取代、溴化、suzuki偶聯、硼酸酯化、knoevenagel縮合等簡單反應合成得到，其以吩噻嗪作為電子供體端，用螺雙芴進行立體化修飾，有利于抑制染料聚集和減少電荷復合，引入了吸電性的苯并噻二唑作為電荷阱，極大地改善了染料的光子捕獲能力，表現出了良好的光電轉換性能，在太陽能電池中表現出了很好的光電性能。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種D-A-π-A型立體化吩噻嗪類染料敏化劑及其制備方法和應用。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和國民經濟發展的重要物質基礎。尤其是進入21世紀以來，人類對能源的需求日益增大，然而伴隨的能源短缺和環境污染這兩個問題卻依然沒有得到很好的解決。如何充分開發和利用新能源，實現綠色減排，已經成為當前世界各國急需解決的重要問題之一。可再生能源中，資源極其豐富的太陽能具有巨大的開發潛力，因此太陽能電池的研發一直以來都受到世界各國科學家的廣泛關注。

染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSCs)具有制作簡單、成本低廉、原料來源廣泛、多色透明、光電轉換效率較高以及環境友好等眾多優點，因此這種高性價比的電池與傳統的化石類能源相比具有很強的競爭力。目前純有機染料ADEKA-1的電池效率已經突破了14.3％，染料是整個DSSCs系統的核心部件，它起到捕獲光子并引發電子轉移的重要作用，所以設計合成高效的染料敏化劑是提高電池效率最為直接和有效的途徑之一。

發明內容

本發明主要提供了一種D-A-π-A型立體化吩噻嗪類染料敏化劑及其制備方法和應用，這種D-A-π-A型染料敏化劑以吩噻嗪作為電子供體端，用螺雙芴進行立體化修飾，有利于抑制染料聚集和減少電荷復合，引入了吸電性的苯并噻二唑作為電荷阱，極大地改善了染料的光子捕獲能力，表現出了良好的光電轉換性能。其技術方案如下：

該染料敏化劑以廉價易得的吩噻嗪作為起始原料，經過取代、溴化、suzuki偶聯、硼酸酯化、knoevenagel縮合等簡單反應合成得到，該化合物的分子結構如下：

該染料敏化劑的制備方法如下：

(1)化合物1的合成：

室溫下，將上述合成路線中的吩噻嗪(1摩爾當量)加入到三口燒瓶中，接著加入溶劑(吩噻嗪的10-20倍體積)，用冰浴將混合液溫度降到0℃-10℃，分批加入強堿(2-3摩爾當量)，室溫攪拌0.5-1小時。之后緩慢滴加正溴辛烷(1.5-2摩爾當量)，室溫反應6-8小時，用冰水淬滅并用萃取劑萃取，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾后減壓旋蒸，剩余物用柱層析進行純化得到化合物1。

(2)化合物2的合成：

室溫下，將化合物1(1摩爾當量)加入到三口燒瓶中，接著加入溶劑(化合物1的20-30倍體積)，接著一次性加入N-溴代丁二酰亞胺(2-2.5摩爾當量)，室溫攪拌0.5-1小時，接著向反應液中加入水并用萃取劑萃取，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾后減壓旋蒸，剩余物用柱層析進行純化得到化合物2。

(3)化合物3的合成：

室溫下，將化合物2(1摩爾當量)、2-硼酸酯-9,9'-螺二芴(0.9-1.0摩爾當量)、無機堿(3-5摩爾當量)加入到三口燒瓶中，接著加入溶劑，用三通進行惰性氣體置換，在惰性氣體保護的氛圍下加入催化量的催化劑(0.05-0.1摩爾當量)。反應液加熱到80℃-100℃優選加熱到90℃反應12-18小時，之后冷卻到室溫，減壓旋蒸除去溶劑，接著向剩余物中加入水并用萃取劑萃取，有機相用無水硫酸鈉干燥，過濾后減壓旋蒸，剩余物用柱層析進行純化得到化合物3。

(4)化合物4的合成：