[发明专利]异吡咯并吡咯二酮染料及其应用

权利要求书

1.在π桥中引入异吡咯并吡咯二酮基团的纯有机染料，其特征在于，结构通式如下：

其中：R₁、R₂为C₁～C₂₀的直链烷基、C₁～C₂₀的支链烷基或C₁～C₂₀的烷氧基，R₁和R₂可以相同或不同；A₁、A₂为噻吩、苯环、呋喃、3,4-二氧乙撑噻吩或吡咯，A₁和A₂可以相同或不同。

2.权利要求1所述在π桥中引入异吡咯并吡咯二酮基团的纯有机染料在制备染料敏化太阳电池中的应用，其特征在于：所述染料敏化太阳电池主要由导电玻璃基质、光阳极、敏化剂、电解质和对电极组成；其中光阳极基板工作区域一侧导电玻璃中间设有纳米多孔TiO₂薄膜，可用以吸附染料；对电极也称光阴极，其基板工作区域一侧导电玻璃中间设有催化剂层，其中催化剂为Pt；光阳极和光阴极相对间隔设置，所述纳米多孔TiO₂薄膜周边用密封材料密封形成密闭的腔体，腔体内填充有电解质和敏化剂即异吡咯并吡咯二酮染料。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，制备染料敏化太阳电池步骤如下：

(1)导电玻璃(FTO)的预处理：将裁好的FTO超声清洗，并用去离子水冲洗3～6次，再置于KOH的饱和乙醇溶液中浸泡16～36h，再依次用去离子水、丙酮、去离子水和乙醇超声清洗，干燥后保存待用；

(2)光阳极的制备：室温下，将10～25mLTi(OBu)₂和15～30mLEtOH的混合液剧烈搅拌下加入35～80mL乙酸和去离子水并继续搅拌30min～2h，将此混合液移入内衬特氟隆(聚四氟乙烯)的高压釜中，于200～280℃处理8～20h后自然冷却至室温，将所得的悬浊液过滤，依次用去离子水和乙醇洗涤3～6次，于烘箱中40～60℃下烘4～8h至干后得到TiO₂纳晶颗粒，向制备好的TiO₂纳晶颗粒中分别加入乙醇、乙酸、松油醇、乙基纤维素后，将该混合物充分研磨得到泥浆状物质，经超声得到所需的白色粘性TiO₂纳晶浆料；

将处理好的导电玻璃导电面朝上，将丝网板置于玻璃上方，控制0.5～3cm的网距，将制备好的TiO₂纳晶浆料置于丝网上进行印刷；将制备好的光阳极放入烘箱中于100～150℃干燥，再放于马弗炉中依次在不同的温度下处理：300～350℃烘焙3～10min，300～400℃烘焙3～10min，400～500℃烘焙10～20min，450～550℃烘焙10～20min，以充分除去膜上的有机物质，然后浸于制备的0.1～0.3M的TiCl₄水溶液中处理30min～1.5h，处理结束用去离子水和乙醇冲洗干净，置于马弗炉中升温到450～550℃再次烘焙25～40min，冷却至60～80℃后备用；

(3)染料溶液的配制：将所述的异吡咯并吡咯二酮染料溶于氯仿/甲醇的混合溶剂中，配制成1×10^-4～3×10^-4mol·L^-1染料溶液，氯仿/甲醇的体积比为4/1～1/4；

(4)电解质溶液的配制：0.5M～0.7M 1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓(PMII)，0.03～0.07M硫氰酸胍，0.03～0.07M LiI，0.01～0.04M I₂和0.15～0.40M叔丁基吡啶(TBP)溶于乙腈，并混合均匀得到澄清的溶液；

(5)光阳极的敏化：将步骤(2)制备的光阳极浸泡于步骤(3)配制的染料溶液中，在阴暗避光环境中染浴10～20小时后，取出并用氯仿/甲醇的混合溶剂冲洗除去表面的残留或膜表面的染料，吹干后保存干燥避光环境以待封装，备用；氯仿/甲醇的体积比为4/1～1/4；

(6)用打孔器将胶带制成合适的内孔塑料，将此绝缘薄膜置于已敏化的光阳极，使光阳极恰好处于绝缘薄膜内孔里，向TiO₂膜表面滴加1～2滴步骤(5)制备的电解液，并在光阳极上盖制备的铂对电极，两边用夹子固定即形成待测的开放性敏化染料太阳电池。