[发明专利]一种含4-乙烯基吡啶合镉的聚合配合物及其制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种以4‑乙烯基吡啶合镉配合物作辅助电子受体A的D‑A‑π‑A型聚合配合物（如下式）及其制备方法，其用途为在染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂，该聚合配合物是以大π共轭结构的苯并二噻吩联二噻吩衍生物(BDTT)为电子给体D，以4‑乙烯基吡啶合镉配合物作辅助电子受体A，以与镉配位的另一个配体8‑羟基喹啉作π桥，氰基丙烯酸为电子受体A和锚定基团，将镉配合物与给体BDTT通过Heck聚合反应制备的一种新型聚合配合物染料敏化剂PBDTT‑PY‑Cd，该染料敏化剂表现出良好的光伏性能和高的热稳定性，其光电转化效率PCE达到8.01%，热分解温度为301℃，对染料敏化太阳能电池的研发具有一定的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种以4-乙烯基吡啶合镉配合物为辅助电子受体A的D-A-π-A型聚合配合物及其制备方法，并应用于染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂，属于新材料中的光电材料领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)是目前最具研究和发展应用潜力的有机太阳能电池之一，吸引了全世界范围内的深入研究，而染料敏化剂在吸收太阳光后能产生光生电子，是染料敏化太阳能电池(DSSC)的关键光敏材料，染料敏化剂的合成和性能研究起始于钌基配合物染料，但因钌的高成本以及来源受限而逐渐转向了纯有机和普通过渡金属配合物染料敏化剂的研究，目前的有机染料敏化剂面临稳定性差和光电效率有限等缺陷，普通金属配合物的吸光性能也有局限，为解决这些问题，本发明研究了将有机和配合物染料通过聚合得到的聚合配合物染料敏化剂，其吸光性能、电子传输性能和光电转化效率都得到了提升。发明内容

本发明的目的：在于提供一种以4-乙烯基吡啶合镉配合物为辅助电子受体的D-A-π-A型聚合配合物染料敏化剂PBDTT-PY-Cd及其制备方法。通过Heck聚合反应将电子受体部分4-乙烯基吡啶合镉配合物与电子给体部分二噻吩-苯并二噻吩衍生物(BDTT)聚合，形成D-A-π-A结构的聚合配合物功能染料，并应用于染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂。

本发明的技术方案是：一种含4-乙烯基吡啶合镉的聚合配合物，其特征在于该化合物是以4-乙烯基吡啶合镉配合物作辅助电子受体A，具有D-A-π-A型的分子结构,其通式如式1：

式1 一种含4-乙烯基吡啶合镉的聚合配合物PBDTT-PY-Cd的结构通式。

一种含4-乙烯基吡啶合镉的聚合配合物PBDTT-PY-Cd的制备方法：

(1). 4-乙烯基吡啶（1）的合成：向三口反应瓶中加入摩尔比为0.040:0.080:0.005:1.000的4-甲基吡啶，多聚甲醛，苯甲酸和蒸馏水，在常压下加热回流10~20 h后，减压下蒸出未少量反应的4-甲基吡啶，可得粗吡啶乙醇，将适量的氢氧化钠水溶液放入三口反瓶中，加入少量亚甲基蓝，升温到130~150℃，减压滴加粗吡啶乙醇，乙烯吡啶与水立即被蒸馏出来，迅速冷却到室温，同时加入亚甲基蓝和少量固体氢氧化钠，静置24~36 h，溶液即分为两层，上层为乙烯吡啶，加入亚甲基蓝50 ℃以下进行减压精馏，得无色液体，沸点120~121 ℃,向纯4-乙烯基吡啶中加入亚甲基蓝进行保存，以防聚合;

(2). 含镉配合物（PY-Cd）（2）的合成：将摩尔比为1:1的辅助配体2-氰基-3-(8-羟基喹啉-5-基)丙烯酸和配体4-乙烯基吡啶溶解在适量的四氢呋喃溶液中，再慢慢滴加一定含过量醋酸镉（Cd(CH₃COO)₂·2H₂O）的甲醇溶液,滴加后测量体系pH值，必要时用冰乙酸或氨水调节，使其保持在弱酸性。因配体4-乙烯基吡啶稳定性有限，体系只升温至50~60 ℃，继续反应6~10 h后停止反应，将得到的混合物冷却到室温过滤，并用无水乙醇洗涤过滤得到的固体，产物在真空干燥箱干燥后，为黄色固体产物;