[发明专利]一种吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化合物及化合物的制备及应用，尤其是一种吲哚并[3,2,1-jk]咔唑衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类对能源需求不断增长以及全球气候变暖一系列问题，人们急切需要寻找其他新的可替代的能源。染料敏化太阳能电池（B.O’Regan,M.Gratzel,Nature,1991,353,737-740）作为第三代太阳能电池，因其成本低，环境友好等特点，有望加快可再生能源的转换。

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cell,DSSC）结构比较简单，主要由多孔纳晶氧化物半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质和铂对电极等组成。多孔纳晶氧化物半导体薄膜最常用的是纳晶TiO₂薄膜，其作用是将染料吸收太阳光能量后产生的光电子进行收集并传输到导电玻璃上。染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的一个重要组成部分，染料敏化剂以物理或化学的作用吸附在纳晶TiO₂薄膜上，其作用是吸收太阳光，将基态电子激发到高能态后再转移到外电路，其性能是决定电池转换效率的重要因素之一。染料敏化太阳能电池的电解质主要由I^-／I₃^-氧化还原对构成，如KI、LiI等低挥发性盐，I^-／I₃^-氧化还原速率对电子的传输速率起决定性作用。对电极为镀铂的导电玻璃。

和目前的硅太阳能电池相比，有机染料敏化太阳能电池具有效率高，生产成本低等特点，有可能替代当前的硅太阳能电池。联吡啶钌络合物因其光电转换效率高（11.5％），因此广泛用于染料敏化太阳能电池。由于钌为稀有金属，价格昂贵，并且制备过程较复杂。因此，寻找制备成本低、环境污染小，能量转换效率高且具有良好应用前景的非金属有机太阳电池敏化材料成为当前研究的热点。

作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，染料光敏化剂用于捕获太阳光，并将激发态染料电子注入到二氧化钛半导体导带，故有机染料的结构对染料敏化太阳能电池的光电性能起着至关重要的作用。通常，有机染料光敏化剂具有“给体(Donor)-共轭桥(π)-受体(Acceptor)”结构，常用给电子体有二烷基芳胺、烷基二芳胺和三芳胺等类型。共轭桥通常为共轭多烯、联噻吩、并噻吩等大π共轭体系，受体一般是含有容易接受电子的基团，如氰基(式a)和偌丹宁(式b)等强吸电子基团。在受体结构中通常引入羧酸基团，以保证有机染料分子和纳晶TiO₂存在强的相互作用从而吸附在纳晶TiO₂的表面。

二种常用的受体结构(曲线处表示取代位)

常见的几类有机染料包括：

（1）二烷基芳胺类有机染料，主要是基于香豆素类或米氏酮类的有机染料。Hara小组以香豆素类为原料合成了以氰基丙烯酸为受体的香豆素衍生物1，获得5.6％的光电转换效率（K.Hara,T.Sato,R.Katoh,A.Furube,T.Yoshihara,M.Murai,M.Kurashige,S.Ito,A.Shinpo,S.Suga,H.Arakawa.Adv.Funct.Mater.2005,15(2):246-252）。当共轭桥由碳碳双键变成联二噻吩时，得到香豆素衍生物2，光电转换效率提高到7.7％（K.Hara,Z.S.Wang,T.Sato,A.Furube,R.Katoh,H.Sugihara,Y.Dan-oh,C.Kasada,A.Shinpo,S.Suga.J.Phys.Chem.B2005,109(32):15476-15482），显示出联噻吩作为共轭桥所具有的优良的光电特性。Arakawa小组成员从米氏酮出发合成以N,N-二甲基苯胺为电子给体的有机染料3，获得6.8％的光电转换效率（K.Hara,T.Sato,R.Katoh,A.Furube,T.Yoshihara,M.Murai,M.Kurashige,S.Ito,A.Shinpo,S.Suga,H.Arakawa.Adv.Funct.Mater.2005,15(2):246-252），大连理工大学孙立成等报道的有机染料4也获得较高的光电转换效率（Peng Q,Yang X-C,Chen R-K,Sun L-C,Tannia M,Tomas E,Gerrit B,Anders H.J.Phys.Chem.C,2007,111(4):1853-1860）。