一類含2-(2′-吡啶)苯并咪唑的D-π-A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一類含2-(2′-吡啶)苯并咪唑的D-π-A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料及其制備方法。該染料分子結(jié)構(gòu)是通過以咔唑衍生物和烷氧基苯作為給體(D)，噻吩乙烯基作為π橋，2-(2′-吡啶)苯并咪唑的金屬配合物作為受體(A)形成一個大π的共軛系統(tǒng)，進而提升染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明的優(yōu)勢在于將無機、有機和高分子合理融為了一體，以獲得高光伏性能、低成本、高穩(wěn)定性的新型染料。選用普通過渡金屬配合物替代希貴釕等金屬配合物，降低染料成本；所制備的染料通過測試表明，體現(xiàn)出良好的光電轉(zhuǎn)化性能和高的熱穩(wěn)定性，在能源開發(fā)利用方面具有很大的應(yīng)用前景，可用于染料敏化太陽能電池。
【專利說明】—類含2-(2'-吡啶)苯并咪唑的D-π-A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有D- 31 -A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料及其制備方法，屬于光電材料和新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]染料敏化太陽能電池是GrStzel和O’ Regan在1991年研究發(fā)明的。其光伏原理如下:通過吸附在電池FTO玻璃極板上薄膜TiO2顆粒表面的染料敏化劑吸收太陽光，染料敏化劑分子激發(fā)，激發(fā)態(tài)電子通過敏化的TiO2薄膜轉(zhuǎn)移到FTO玻璃電極后，電子通過外電路傳輸?shù)诫姵氐膶?正)電極(Pt orAl)，然后再通過電池內(nèi)的氧化還原電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到染料敏化劑分子的激發(fā)態(tài)，使其回到基態(tài)，實現(xiàn)一個光電轉(zhuǎn)化過程。 [0003]染料敏化太陽能電池主要是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池，其主要優(yōu)勢是:原材料豐富、成本低廉、工藝技術(shù)簡單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，而且?guī)缀跛性牧虾蜕a(chǎn)工藝都是無毒無污染的，部分材料還可以回收，對新能源的發(fā)展及人類環(huán)境的保護具有重要意義。
[0004]近些年，純有機染料的研究得到了迅速發(fā)展，電池轉(zhuǎn)化效率也得到了提高。開發(fā)成本低、能級匹配、性能穩(wěn)定、光譜吸收與太陽光匹配的染料敏化劑是當(dāng)前的發(fā)展趨勢；但光電轉(zhuǎn)化效率、大面積化、電池的長期穩(wěn)定性是染料敏化太陽能電池面臨的主要技術(shù)問題。
[0005]2~ {2'-吡啶)苯并咪唑具有大的剛性結(jié)構(gòu)，能與很多金屬進行配位，而咔唑衍生物和烷氧基苯是非常好的給體材料，它們形成的聚合金屬配合物具有更大的η共軛結(jié)構(gòu)，不僅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(wěn)定性，有助于提高染料光電轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一類含2-(2'-吡啶)苯并咪唑的D- π -A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料及其制備方法，通過Heck聚合在2-(2'-吡啶)苯并咪唑衍生物的配體中引入咔唑衍生物或烷氧基苯的給體，形成D-π-A結(jié)構(gòu)的聚合金屬配合物功能染料，應(yīng)用與染料敏化太陽能電池。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一類含2_(2'-吡啶)苯并咪唑的D-π-A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料，該化合物具有D- π -A結(jié)構(gòu)，其通式如下:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一類含2-(2'-吡啶)苯并咪唑的D-J1-A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料，其特征在于，該化合物具有D- π -A結(jié)構(gòu)，其通式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類含2-(2'-吡啶)苯并咪唑的D-π -A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料的制備方法: (1).2-(2'-吡唆)苯并咪唑的制備:在容器中，加入當(dāng)量比為1:1的鄰苯二胺和.2-吡啶甲酸，多聚磷酸作為溶劑，攪拌，在氮氣保護下，油浴加熱到160~180°C ;加熱4~.6h，將混合物倒入冰水中冷卻，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH = 6~8 ;將沉淀過濾，干燥，粗產(chǎn)物在甲醇溶液中重結(jié)晶，得灰白色固體2-C -吡啶)苯并咪唑； (2).2-溴-5-[(2'-吡啶基)苯并咪唑]-3-甲基噻吩的制備:分別取2，5-二溴-3-甲基噻吩、2-C -吡啶)苯并咪唑、碘化銅、碳酸鉀、1，10-鄰菲噦啉比例為1:1:0.25:4:.0.4用DMF溶解，加入到帶有磁力攪拌容器中，在氮氣保護下，油浴加熱并回流24~26h，待混合液冷卻至室溫，得到的棕褐色溶液，用氯仿溶液萃取，用無水硫酸鎂干燥，并用1:1四氫呋喃/正己烷的柱色譜法純化，得到黃棕色固體2-溴-5-[(2'-吡啶基)苯并咪唑]-3-甲基噻吩； (3).金屬配合物的制備:將當(dāng)量比為I當(dāng)量2-溴-5-[(2'-吡啶基)苯并咪唑]-3-甲基噻吩溶解在甲醇中，加熱回流，并當(dāng)開始回流時，將0.5當(dāng)量副族的金屬鹽甲醇溶液滴入反應(yīng)器中，回流12~14小時后反應(yīng)停止，過濾并用甲醇和乙醇溶液洗滌，干燥得到金屬配合物； (4).1，4- 二乙烯基-2，5- 二辛氧基苯的制備:在氮氣流中，將37 %的甲醛溶液和2，.5- 二辛氧基-1，4- 二(三苯基膦溴甲基)加入到60~100ml CH2Cl2中；然后在冰水浴條件下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~40%的NaOH溶液，室溫下反應(yīng)24~26h，用CHCl2萃取，再用水洗，經(jīng)MgSO4干燥過夜，過濾，旋出溶劑CHCl2,得粗產(chǎn)物，用乙醇重結(jié)晶得純凈物，真空條件下干澡，得到白色的固體產(chǎn)物1，4_ 二乙烯基-2，5- 二辛氧基苯。 (5).3,6- 二乙烯基-N-辛基咔唑的制備:取3，6- 二乙?；?N-辛基咔唑和溴代甲烷磷葉立德鹽比例為1:2溶解在無水四氫呋喃中，緩慢加入氫化鈉，然后在氮氣的保護下，混合物加熱至回流，并反應(yīng)8~9個小時；反應(yīng)結(jié)束后，混合物冷卻到室溫，先慢慢向混合物加入甲醇，隨后再加入蒸餾水，并用二氯甲烷萃取，無水硫酸鎂干燥過夜，然后將萃取液濃縮，用柱色譜提純，以環(huán)己烷:乙酸乙酯=1:10作淋洗液，得到黃色固體3，6- 二乙烯基-N-辛基咔唑； (6).將1，4_ 二乙烯基-2，5- 二辛氧基苯和3，6- 二乙烯基-N-辛基咔唑，分別與金屬配合物以1:1的比例加入到反應(yīng)瓶中，然后依次加入精制三乙胺、三(2-甲苯基)膦和醋酸鈀，在通氮氣條件下，反應(yīng)體系保持90°C，反應(yīng)24~26小時，反應(yīng)終止后冷卻至室溫，過濾，用甲醇沉淀，然后將得到的粗產(chǎn)物溶解在四氫呋喃中，再一次以甲醇為沉淀，過濾，真空條件下干燥得到四種聚合金屬配合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類含2-(2'-吡啶)苯并咪唑的D- π -A型結(jié)構(gòu)聚合金屬配合物功能染料的用途，在染 料敏化太陽能電池中用作染料敏化劑。
【文檔編號】H01G9/20GK103540157SQ201310525241
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】鐘超凡, 章偉, 唐桂鵬, 周俊, 彭大海, 胡嬌梅, 謝秋芳 申請人:湘潭大學(xué)