[发明专利]一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机小分子合成领域，涉及一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法。

背景技术

随着能源问题逐渐变得尖锐，人们迫切地希望将太阳能这一清洁丰富的能源依托于太阳能电池转化为电能，用于我们生活、工作、娱乐等等各方面，因此太阳能电池的研究是解决人类当前能源危机必不可少的工作。相较于其他种类的太阳能电池，染料敏化太阳能电池(DSSC)在具有一定光电转换效率的前提下，具有低成本原料丰富制备工艺简单等优点，具有非常广阔的商业应用前景。染料敏化剂是DSSC中的重要组成部分。吩噻嗪含有富电子的硫原子和氧原子，是著名的强给电子组分，它具有良好的空穴传输性能、较低的电离势、刚性结构和大的π共轭体系，因此含吩噻嗪的有机敏化剂备受科研工作者的关注。

发明内容

本发明提供了一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法。

一种基于[1,4]苯并噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪的有机染料敏化剂，具有以下结构式：

其中R代表氢原子或烷基。

上述有机染料敏化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)保护氛围下，在DMF的1,2-二氯乙烷溶液中加入POCl₃搅拌反应，加入原料7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪的1,2-二氯乙烷溶液，升温回流反应，水洗除去DMF和POCl₃，萃取有机相旋干后进行柱层析分离，得到中间产物1；

2)保护氛围下，向中间体1的二氯甲烷溶液中加入NBS，搅拌反应，然后用水/二氯甲烷体系萃取反应液，有机相旋干后柱层析分离，得到中间产物2；

3)将中间体2、Pd(PPh₃)₄和4-己氧基苯硼酸加入THF溶液中，加入饱和K₂CO₃溶液并通Ar除氧，回流反应，然后用水/二氯甲烷体系萃取反应液，有机相旋干后进行柱层析分离，得到中间产物3；

4)保护氛围下，取中间体3、醋酸铵和氰基乙酸溶于乙酸中，搅拌回流反应，将反应液倒入冷水中，以二氯甲烷萃取，有机相旋干后进行柱层析分离，得到目标产物。

按上述方案，所述7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪为7,14-二己基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪、7,14-二辛基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪或7,14-双十二基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪。

按上述方案，步骤1)中所述的DMF与POCl₃的摩尔比为1：(0.9-1.1)；7,14-二烷基-苯并[1,4]噻嗪并[2,3-b]吩噻嗪与POCl₃的摩尔比为1：(1～2)；DMF与POCl₃在25～35℃搅拌反应1～3h；升温回流反应温度为80～110℃，时间为12～24h。

按上述方案，步骤2)中所述的中间体1和NBS的摩尔比为1：(2～4)；反应温度为15～35℃，时间为8～24h。

按上述方案，步骤3)中所述的中间体2和4-己氧基苯硼酸的摩尔比为1：(1～2)；回流反应温度为70～110℃，反应时间为6～18h。

按上述方案，步骤4)中所述的中间体3和氰基乙酸的摩尔比为1：(1～2)；回流反应温度为90～120℃，反应时间为6～18h。

按上述方案，所述的柱层析所用洗脱剂为二氯甲烷/正己烷(v/v＝1/30～1/10)。

本发明设计并合成的新型吩噻嗪类有机染料分子为D-π-A型，电子供体是己氧基苯，π桥和电子供体均为[1，4]苯并噻嗪并[2，3-b]吩噻嗪，电子受体为氰基丙烯酸，锚定基团为羧基。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

相较于其他吩噻嗪类染料分子，该染料分子引入了烷基链，改善了染料小分子的溶解性，并且共轭π桥为吩噻嗪的二聚体，具有更大的共轭体系。

吸收与太阳光谱的高通量可见光区十分匹配、溶解性好、制备简单、安全无毒等优点。目前具有该种结构的染料小分子还未见报道。

此外，该小分子带线性结构，有利于形成紧凑的敏化层，其蝴蝶构型能有效抑制染料分子的聚集。

附图说明

图1：实施例1-3产物在TiO₂薄膜中的紫外可见光吸收光谱图。

具体实施方式