[发明专利]含杯芳烃衍生物的有机染料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于有机染料领域，涉及含杯芳烃衍生物的有机染料、制备方法及其应用。

背景技术

随着资源短缺和环境污染问题的日益突出，使得能源问题成为当今社会亟待解决的焦点之一。在众多的可再生资源之中，太阳能无疑是一种最为理想的清洁能源，对太阳能的开发和利用，可以有效地满足人类生产生活的需要。在太阳能电池中，硅太阳能电池因转换效率高和技术成熟占据了目前太阳能电池市场的主导份额，但是由于其原材料价格昂贵和生产成本高等问题而使其难以普及。1991年，瑞士洛桑联邦理工大学的M. Gr?tzel 教授首先提出了染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs）作为一种新型的太阳能电池，具有价格低廉，制备工艺简单等特点。该电池结构简单，主要由工作电极，光敏染料，电解液和对电极组成，其中光敏染料是染料敏化太阳能电池中非常重要的组成部分，染料结构的设计对该类电池至关重要。目前的高效染料主要是贵金属钌吡啶配合物，像经典的N3，黑染料和N719。然而稀有的贵金属资源和昂贵的贵金属价格使得其大规模产业化受到了很大的限制。与此同时，有机染料具有成本低廉，摩尔消光系数高，结构设计灵活等优点日益受到人们的关注，并成为该领域的研究热点。而将引入杯芳烃骨架结构单元作为电子给体，氰基乙酸作为电子受体，电子供体和受体之间由共轭桥连基团连接的有机染料目前还没有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供含杯芳烃衍生物的有机染料、制备方法及其应用。

本发明所采取的技术方案为：

含杯芳烃衍生物的有机染料，该有机染料以杯芳烃衍生物作为电子给体，氰基乙酸作为电子受体，其化学结构通式如下：

式中，X为共轭桥连基团，m为4～8的自然数，R₁为C₁～C₂₀的直链烷基或支链烷基。

优选的，所述X为芳香烃、单环杂环芳烃、稠环杂环芳烃或以上芳烃的衍生物所构成的基团。

优选的，所述X为噻吩及其衍生物所构成的基团。

优选的， 所述染料的化学结构通式如下：

式中，m为 4～8的自然数，n为1～6的自然数，R₁为C₁～C₂₀的直链烷基或支链烷基，R₂、R₃为氢原子，或R₂、R₃中的一个为C₁～C₂₀的直链烷基或支链烷烃，另一个为氢原子。

上述的含杯芳烃衍生物的有机染料的制备方法，包括如下步骤，制备过程中的反应均在氮气保护下进行：

1)  将化合物A、化合物B、无水碳酸钾、甲醇、甲苯、Pd(dppf)Cl₂混匀，升温至80～100 ℃反应6～24 h，反应产物用二氯甲烷萃取，洗涤有机相，干燥，层析色谱分离，重结晶得到化合物C；

2)  将化合物C、氰基乙酸、哌啶、甲苯、乙腈混合，回流反应，冷却至室温，调节pH至2～3，加入石油醚至上层溶液接近无色，过滤，滤饼经洗涤、干燥，得含杯芳烃衍生物的有机染料；

所述化合物A为：

所述化合物B为含共轭桥连基团X的化合物， 

式中，m为4～8的自然数，R₁为C₁～C₂₀的直链烷基或支链烷基。

优选的，所述化合物B为芳香烃、单环杂环芳烃、稠环杂环芳烃或以上芳烃的衍生物。

优选的，所述化合物B为噻吩及其衍生物。

优选的，所述化合物B为：

式中， n为1～6的自然数，R₂、R₃为氢原子，或R₂、R₃中的一个为C₁～C₂₀的直链烷基或支链烷烃，另一个为氢原子。

优选的，步骤1）化合物A、化合物B、无水碳酸钾、Pd(dppf)Cl₂的摩尔比为1：5～8：15～20：0.4～0.5，甲醇、甲苯的体积比为1：2～5；

步骤2）化合物C、氰基乙酸、哌啶的摩尔比为1：8～12：200～250，甲苯、乙腈的体积比为1：2～4。

上述的含杯芳烃衍生物的有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用。