[发明专利]一种含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物染料敏化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池光电敏化材料的含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物染料敏化剂及其制备方法，属于新材料中的光电材料领域。

背景技术

Grätzel和O’Regan在1991年首次报道染料敏化太阳能电池（DSSCs）后，DSSCs便被认为是最有潜力的光伏电池,成为了可再生和清洁能源研发领域的热点。而染料敏化剂在DSSCs中起到将太阳光子转变成电子并使电子在分子内转移并注入到电极TiO₂上的关键作用，受到最为广泛和深入的研究和应用开发。在目前大量的研究报道和发明中，有机染料敏化剂多为D-A和D-π-A型（即电子给体D与受体A通过一个π共轭体系连接）。而在最近，出现了以有机苯并噻二唑（BTH）等为辅助电子受体（A’）的D-A’-π-A型（即在给体与π共轭体系间再连接一个受体）高性能染料敏化剂分子报道；这种结构的染料相比于D-π-A型染料,因有效减少了电荷复合、增加了染料的电子转移效率和稳定性，从而较大的提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率（PCE）等光伏性能。基于此，本发明研究和开发了以稳定性和吸电子性能优良的过渡金属Cd(Ⅱ)配合物作为辅助电子受体（A’），而发明与制备了一种新的D-A’-π-A聚合金属配合物染料敏化剂。

发明内容

本发明的目的是提供和制备了一种以引达省并二噻吩（IDT）为给体（D），以邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)配合物为辅助受电子体（A’），Cd(Ⅱ)的辅助配8-羟基喹啉为π桥，氰基（-CN）和羧基（-COOH）为主电子受体（A）和锚定基团的D-A’-π-A型含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物染料敏化剂PIDT-NCd。应用于染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂，具有较高的光电转化效率和高的热稳定性，其结构通式如下：

式1 聚合配合物PIDT-NCd的结构。

一种含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物染料敏化剂PIDT-NCd的合成方法。

（1）配体N,N’-双(4-溴亚苄基)-1,2-苯二胺的制备：

将三颈烧瓶中4-溴苯甲醛的无水乙醇溶液升温至50℃-80℃，搅拌下缓慢逐滴滴加邻苯二胺无水乙醇溶液，并在加入少量无水ZnCl₂后恒温反应2-8 h。反应完成后冷却，减压旋转蒸馏除去一多半溶剂，并置于冰箱中，在0-10℃下过夜，将结晶产物再次用无水乙醇重结晶，得到配体N,N’-双(4-溴亚苄基)-1,2-苯二胺，产物为白色粉末晶体。

（2）Cd(II)配合物（NCd）的合成：

将一定量的配体N,N’-双(4-溴亚苄基)-1,2-苯二胺和2-氰基-3-（8-羟基喹啉-5-基）丙烯酸溶解在三颈烧瓶的四氢呋喃（THF）中，在搅拌下用滴液漏斗滴加Cd(CH₃COO)₂•2H₂O无水甲醇溶液，升温至回流后反应6-24h，反应完后冷却结晶，结晶物用无水甲醇重结晶两次，得到黄色粉末的邻苯二胺衍生物8-羟基喹啉衍生物合镉(II)配合物NCd。

（3）聚合配合物PIDT-NCd的合成：

在氮气保护下将上（2）步合成得到的配合物NCd和单体引达省并二溴噻吩、双（三苯基膦）氯化镍、三苯基膦和2,2’-联吡啶溶解在单颈烧瓶的DMF溶剂中，升温至80-100ºC，反应36～72小时。反应结束后倒入大量无水乙醇溶液中，冷却过滤，并用无水乙醇洗涤得到黄色固体邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物染料敏化剂PIDT-NCd。

一种含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物PIDT-NCd的用途：在染料敏化太阳能电池中用作吸收太阳光并产生和传输电子的染料敏化剂材料。

本发明积极的技术进步效果在于：（1）发明一种含邻苯二胺衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合配合物物是以普通过渡金属Cd(Ⅱ)的配合物为辅助电子接受体A’的新型聚合物D-A’-π-A型染料敏化剂，能有效的调节染料分子内的推拉电子平衡，增加分子的共轭特性，加快电子从电子给体到受体的传输速度，而扩大染料在可见区的吸收范围和吸收强度等，因而表现出较好的光电转换效率等光伏性能；（2）有高的热和光稳定性；（3）原料易得，制备方法相对简单，无高温和高压等特殊需求，成本低。

附图说明