[发明专利]一种含BODIPY类共轭单元有机染料敏化剂及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201610648381.3 申请日: 2016-08-09
公开(公告)号: CN106221280B 公开(公告)日: 2017-10-13
发明(设计)人: 赵鸿斌;廖俊旭;徐勇军;韩利芬;周伟男;李钧华;肖永;招兆林 申请(专利权)人: 东莞理工学院
主分类号: C09B23/14 分类号: C09B23/14;C07F5/02;H01G9/20
代理公司: 北京众合诚成知识产权代理有限公司11246 代理人: 连平
地址: 523808 广东省东莞市松山湖区*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 新型 bodipy 共轭 单元 有机 染料 敏化剂 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域:

发明涉及染料敏华太阳能电池材料领域,具体的涉及一种含BODIPY类共轭单元有机染料敏化剂。

背景技术:

自1991年瑞士小组首次采用联吡啶钌作为染料与纳米多孔TiO2薄膜制备了染料敏化太阳能电池(DSSCs)以来,染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池就凭借低制备成本和较高的光电转换效率成为近二十年来太阳能光电转换领域的研究热点。BODIPY母核具有多个活性位点,可以根据热学、光学和电学性能要求进行适当的修饰和官能化。人们通过对BODIPY母核各个位点进行修饰,合成了许多性能优异的新型BODIPY染料。研究者们通常选择在BODIPY母体的两个吡咯环上进行修饰,通过引入不同性能的官能团,可以有效延长体系共轭链长,增加核心部分的刚性平面结构,其中在母核的3,5-位及2,6-位上引入取代基对染料分子的光谱性能影响最大。2,6-位修饰给受体电子基团的BODIPY染料敏化剂在2012年为Dai等报道,他们合成了以BODIPY为共轭π桥,苯并咪唑衍生物为给体单元,氰乙酸为吸附基团的一系列染料。该类分子表现了较宽的吸收光谱,能量转换效率最高达到了2.26%,这是当时基于BODIPY染料敏化电池器件的最高光电转换效率,展现了巨大的应用潜力。然而,关于这类2,6-位修饰的BODIPY染料敏化剂的效率一直未得到明显的提高。

三苯胺是另一类光电性能优异的电子传输材料,由于其具有强的给电子能力及原料价格低廉易得,已经越来越广泛应用于DSSC领域。然而其非平面的立体结构减弱了对光的吸收,因此我们将BODIPY单元与不同刚性的三苯胺衍生物结合起来,希望改善染料对光的吸收及光捕获效率,从而提高电池的性能。通过改变给体的刚性平面结构,研究不同给体单元的给电子能力大小对染料的光谱和能级的调控作用,从而改善电池性能参数。

发明内容:

本发明的目的是提供一种含BODIPY类共轭单元有机染料敏化剂,具有新颖的分子结构、有较低的能隙值、宽的光谱吸收范围,且其制备方法简单,合成率高。

本发明的另一个目的是提供该含BODIPY类共轭单元有机染料敏化剂的制备方法,其制备方法简单,产品纯化简单,产率高,且具有普适性。

为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种含BODIPY共轭单元的有机染料敏化剂,该物质具有通式(I)的化学结构:

式(I)中,D是给体单元,为以下结构单元中的一种:

其中,R、R1为H或CnH2n+1烷基或烷氧基,n为1-20的自然数。

一种含BODIPY共轭单元的有机染料敏化剂的制备方法,包括以下步骤:

(1)在碱的作用下,对羟基苯甲醛经烷基化反应,制得中间体1,其结构为:

(2)中间体1与吡咯缩合得到二吡咯烷中间体,二吡咯烷在三乙胺作用下与三氟化硼乙醚络合反应得到中间体2,其结构为:

(3)中间体2与一氯化碘经亲电取代反应,制得中间体3,其结构为:

(4)中间体3在四(三苯基膦基)钯的作用下与4-甲酰基苯硼酸经Suzuki偶联反应,制得中间体4,其结构为:

(5)中间体4再与一氯化碘经亲电取代反应,制得中间体5,其结构为:

(6)对烷氧基碘苯与对溴苯胺经过乌尔曼反应,得到中间体6,其结构为:

(7)中间体6在四(三苯基膦基)钯的催化作用下经Suzuki偶联反应,制得中间体7,其结构为:

(8)10-烷氧基亚氨基芪与对溴碘苯经Buchwald–Hartwig偶联反应,得到中间体8,其结构为:

(9)中间体8在四(三苯基膦基)钯的催化作用下经Suzuki偶联反应,得到中间体9,其结构为:

(10)将对烷氧基碘苯与2-溴咔唑在碘化亚铜催化下经过乌尔曼缩合反应,制得中间体10,其结构为:

(11)将中间体10与双联频哪醇硼酯经过Suziki偶联反应,制得中间体11,其结构为:

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