[发明专利]一种三吩噻嗪基锌卟啉染料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三吩噻嗪基锌卟啉染料及其制备方法。以三吩噻嗪基为D单元连接锌卟啉核心，其中一个苯环为桥连（π）单元，羧酸为吸电子（A）单元，并在锌卟啉核心与π单元之间插入含三键的苯并噻二唑，作为辅A单元，调节分子内电子的跃迁能级，拓宽吸收光谱。本发明提供的三吩噻嗪基锌卟啉染料的合成路线，制得的三吩噻嗪基锌卟啉染料，对可见光区的太阳光具有较好的吸收。在DSSC中具有很好的应用潜力。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种三吩噻嗪基锌卟啉染料及其制备方法。

技术背景

染料作为敏化太阳能电池中（Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC）的关键组分，对DSSC的性能起决定性的作用。其中，锌卟啉类染料是近几年来DSSC中最具有发展潜力的一类敏化剂。锌卟啉结构是一种具有18-π电子框架的芳香大环，其在400-500nm于500-600nm范围内表现出较强的吸收soret带和Q带，且具有较强的摩尔消光系数，使得锌卟啉类染料在可见光乃至近红外区具有较强的光捕获能力。此外，卟啉结构分子具有四个meso-位和八个β-位，便于修饰于结构改性。自Grätzel组开创性地在DSSC中使用叶绿素派生物和卟啉作为染料敏化剂以来(Nature 1991,353:737-740)，至今已经取得了极大的进展（Royalsociety of chemistry 2020, 13, 1617-1657）。目前，基于锌卟啉类染料的DSSC光电转换效率已达到14.64%（Chemistry Commun 2015, 51, 15894–15897）。另外，吩噻嗪是一类具有良好给电子性的D（donor）单元，在锌卟啉类和纯有机类DSSC中具有广泛的应用，且取得较好的效果（Royal society of chemistry 2020, 13, 1617-1657）。三吩噻嗪胺是一种类三苯胺结构，其作为D单元在锌卟啉类DSSC的研究中尚未见报导。

基于以上分析，本发明设计制备了一种含三吩噻嗪基的锌卟啉染料。

发明内容

本发明的目的是提供一种三吩噻嗪基锌卟啉染料及其制备方法。

本发明以三吩噻嗪基为D单元连接锌卟啉核心，其中一个苯环为桥连（π）单元，羧酸为吸电子（A）单元，并在锌卟啉核心与π单元之间插入含三键的苯并噻二唑，作为辅A单元，调节分子内电子的跃迁能级，拓宽吸收光谱。

本发明提供的三吩噻嗪基锌卟啉染料分子结构如图1所示；具体合成路线如图2所示。

制备上述三吩噻嗪基锌卟啉染料的具体步骤为：

(1) 称取1摩尔份二吡咯甲烷和1摩尔份十二烷氧基苯甲醛加入到二氯甲烷中，氩气保护，室温严格避光搅拌10min使充分溶解；针头打入0.6摩尔份三氟乙酸后再搅拌4h，然后加入1.2摩尔份2，3-二氯-5，6-二氰基-1，4-苯醌搅拌1h。用薄层色谱跟踪反应至反应物浓度基本不变，加入三乙胺中和混合溶液，停止反应。后处理：旋干，硅胶柱色谱分离纯化，收集产物，旋干得深紫色固体，真空干燥箱烘干至恒重，得中间体3。

(2) 称取1摩尔份中间体3加入二氯甲烷中室温搅拌溶解；称取2摩尔份N-溴代琥珀酰亚胺充分溶于50mL的二氯甲烷溶液后，将其加入到两口烧瓶室温搅拌1h。用薄层色谱跟踪反应至反应物浓度基本不变，用丙酮淬灭反应。后处理：旋干，硅胶柱色谱分离，收集产物，旋干得深紫色固体，真空干燥箱烘干至恒重，得中间体4。

(3) 称取1摩尔份中间体4加入到二氯甲烷中室温搅拌溶解；称取20摩尔份无水醋酸锌溶于甲醇溶液后，将其加入到两口瓶中，室温搅拌回流12h，用薄层色谱跟踪反应至反应物浓度基本不变，停止反应。后处理：旋干，二氯甲烷溶解，水洗，萃取，收集有机相，旋干，硅胶柱色谱分离，收集产物，旋干得淡紫色固体，真空干燥箱烘干至恒重，得中间体5。