[發明專利]一種噻吩基鋅卟啉化合物及其合成和在制備染料敏化太陽能電池中的應用

在審

• 申請號: 202010073363.3
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111138441A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉家成;陳佩玉;胡玉奎;侯冰潔;李玉霞;賈奇凡
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C07D487/22
• 分類號: C07D487/22;H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種噻吩基鋅卟啉化合物及其合成和在制備染料敏化太陽能電池中的應用。本發明以噻吩基為側鏈合成鋅卟啉化合物，由于其結構特殊，噻吩基具有芳香性，硫原子2對孤對電子中的一對與2個雙鍵共軛，形成離域π鍵，將其引入染料敏化卟啉染料，可與卟啉環形成良好的π共軛，具有良好的光、熱和化學穩定性，在可見光區有很強的特征電子吸收光譜。因此，可將其作為染料敏化太陽能電池的優良敏化劑，并且作為錨釘卟啉進行軸向吸附構成敏化太陽能電池，在標準光照射下，這些電池具有向外界負載輸出電流的能力，進一步促進光電轉換效率。與傳統的釕染料相比，原料簡單易得，不需要使用貴金屬材料，且對環境污染小。

技術領域

本發明屬于化學合成技術領域，涉及一種噻吩基鋅卟啉化合物及其合成方法；本發明還涉及噻吩基鋅卟啉化合物作為染料敏化劑在制備染料敏化太陽能電池中的應用。

背景技術

自20世紀以來，人類對煤、石油、天然氣等化石燃料的需求急劇增加，大量的開采和化石能源儲量急劇減少的矛盾以及能源消耗帶來環境污染問題引起了人們越來越多的關注。各國開始投入開發替代化石能源的清潔能源已解決能源危機和環境污染問題。太陽能作為一種可無限再生的清潔能源，具有分布廣泛、儲量豐富、安全可靠、低成本等特點。太陽能電池作為一種直接轉化利用太陽能的有效方式受到人們的廣泛關注，不到十年之間，太陽能電池的成本下降了75%，使得太陽能電池成為一種具有成本競爭力的太陽能利用設備。

染料敏化太陽能電池 ( Dye-Sensitized Solar Cells，縮寫 DSSCs)是一種新型的光電化學太陽能電池。它具有制作工藝簡單、成本低廉、性能穩定、對環境無污染等優點。卟啉及其衍生物具有強的分子內π-π堆積，其優異的光物理和光化學性能，已在先前的染料敏化太陽能電池和有機太陽能研究中得到了充分的證實和應用。

以噻吩基為側鏈合成鋅卟啉化合物，噻吩基具有芳香性，硫原子2對孤對電子中的一對與2個雙鍵共軛，形成離域π鍵，將其引入染料敏化卟啉染料，可與卟啉環形成良好的π共軛，具有良好的光.熱和化學穩定性，在可見光區有很強的特征電子吸收光譜。以噻吩基為側鏈合成鋅卟啉化合物用于卟啉光敏染料的合成尚未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種噻吩基鋅卟啉化合物：

本發明的另一目的是提供上述噻吩基鋅卟啉化合物的合成方法；

本發明還有一個目的，就是提供上述噻吩基鋅卟啉化合物作為染料敏化劑在制備染料敏化太陽能電池中的應用。

一、噻吩基鋅卟啉化合物的結構及合成

本發明一種噻吩基鋅卟啉化合物，命名為5 ,15-二(2-噻吩基）-10-（4-吡啶基）- 20-（4-甲酸）苯基鋅卟啉，標記為Zn-Py，其結構如下：

。

本發明噻吩基鋅卟啉化合物的合成方法，包括以下工藝步驟：

（1）5-（4-吡啶基）-二吡咯甲烷的合成：將4-吡啶甲醛分散于吡咯中，避光條件下通Ar氣，于85~90℃ 攪拌反應15~20h，冷卻，減壓蒸餾，用二氯甲烷溶解，中性氧化鋁柱層析，所得產物用正己烷和乙酸乙酯重結晶，得淡黃色粉末狀固體；

4-吡啶甲醛與吡咯的體積比為1:10~1:15。

（2）5-（4-甲酸甲酯）苯基-二吡咯甲烷的合成：將吡咯滴加于稀鹽酸中，避光攪拌，得到吡咯的鹽酸溶液；將對甲酰基苯甲酸甲酯溶于甲醇中，得到對甲酰基苯甲酸甲酯的甲醇溶液，并將其加入于吡咯的鹽酸溶液，于室溫反應10~20min；加入氨水調節pH至8~9，抽濾，水洗，正己烷沖洗，抽干，得到白色粉末狀固體；

稀鹽酸濃度為1%；攪拌時間為15~20min；吡咯與對甲酰基苯甲酸甲酯的摩爾比為6:1~7:1。