基于二（噻吩并吡咯）并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用，属于精细化工中的光电转化材料应用领域。本发明专利技术以烷氧基苯基为电子供体，二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑为共轭π桥，苯并噻二唑‑苯‑羧基为电子受体和锚固基团，合成了一系列新型的D‑π‑A结构纯有机染料。二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑单元是一个大共轭平面结构，它的引入能够有效地拓宽染料的吸光范围和提高摩尔消光系数，另一方面，其独特的D‑A‑D结构也有利于π电子离域，促进分子内电荷转移，进而提高了染料敏化太阳电池的光电转换效率。综合这两方面的作用，使得其在染料敏化太阳电池中有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用
本专利技术涉及光敏纯有机染料及染料敏化太阳能电池
，具体涉及了基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
染料敏化太阳电池(DSSCs)是一种新型的光电转换装置。与传统的硅基太阳电池相比，染料敏化太阳电池具有制作工艺简单、原料成本低廉、染料结构易于调控、可制作大面积柔性器件等方面的优点，是一类非常具有广泛应用前景的光电转换装置。光敏染料作为DSSCs中的重要组成部分，在整个电池中扮演着至关重要的作用，它起到吸收太阳光和注入电子的作用。可以说光敏染料的好坏直接决定了电池的光电转换效率。因此，合理的染料结构设计对于获得高光电转换效率的染料敏化太阳电池显得尤为重要。目前，光敏染料主要有两类，一类是金属配合物染料，主要指的是钌多吡啶配合物和锌-卟啉配合物染料，另一类为纯有机染料。然而，在金属配合物染料中，金属钌属于稀有贵金属，储量很少而且价格昂贵，锌-卟啉配合物染料的合成步骤繁琐、分离提纯困难、产率低等特点也限制了这一类染料的产业化发展。为此，开发不含金属的纯有机光敏染料对发展DSSCs显得非常重要，也成为该领域的重要研究方向。与钌多吡啶配合物染料和锌-卟啉配合物染料相比，纯有机光敏染料具有结构调控简单、制备提纯相对容易、摩尔消光系数高、成本低廉等诸多优点，近年来纯有机光敏染料也取得了飞快的发展，品种多样的纯有机染料得到开发和应用。大共轭平面结构引入到染料中能够有效地提高染料的捕光能力，该策略被成功地应用用于染料敏化太阳电池研究中。目前还没有以具有电子给体-受体-电子给体(D-A-D)结构的二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑为π桥，4-取代苯基为电子供体，以苯并噻二唑-苯甲酸为为电子受体和锚固基团的D-π-A结构纯有机染料的报道。因此，为了开发高性能染料敏化太阳电池，本专利技术人设计并合成一类基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料及其在染料敏化太阳能电池中的应用，该染料具有吸光范围宽，稳定性好，光电转化性能良好等优点。作为本专利技术的第一个方案，本专利技术提供一种基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，其技术方案是基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，其结构通式为：其中：X为O或S，R为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的酰胺基，R1为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的烷氧基或卤素。本专利技术的基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料的合成方法简单，原料价廉易得，其合成按如下反应式进行：当R＝iC8H17，R1＝O-iC8H17，X＝S时的反应式参见图1所示：图1中，化合物2的合成方法：以o-DCB为溶剂，将1份化合物1、6份三苯基膦溶解在o-DCB中，在Ar保护下于70℃下搅拌反应16h。冷却至室温后，减压蒸馏除去反应溶剂，通过柱层析分离提纯环化产物，将环化中间产物直接投入下一步反应，以DMSO为溶剂，将1份环化中间产物，6份溴代异辛烷，6份KOH和少量KI加入到反应瓶中，在Ar保护下，于70℃下搅拌反应12h。待反应冷却至常温后，加水并用乙酸乙酯萃取，合并的有机相用水洗多次，干燥，旋蒸浓缩，粗产物通过柱层析分离提纯。化合物3的合成方法：冰水浴条件下，以THF为溶剂，加入1份化合物2和1份NBS，在0℃下搅拌反应1.5h，反应结束后加入水，再加入二氯甲烷萃取，合并有机相用水洗，干燥，旋蒸浓缩，粗产物柱层析分离提纯。化合物5的合成方法：在Ar保护下，以THF为溶剂，加入1份化合物3，1.5份化合物4，3份K2CO3和5％的催化剂Pd(PPh3)4，在70℃下搅拌反应16h。冷却至室温后，将反应液倒入水中，用二氯甲烷萃取，合并有机相用水洗多次，干燥，旋蒸浓缩，粗产物通过柱层析分离提纯。化合物6的合成方法：冰水浴条件下，以THF为溶剂，加入1份化合物5和1份NBS，在0℃下搅拌反应1.5h，反应结束后加入水，再加入二氯甲烷萃取，合并有机相用水洗，干燥，旋蒸浓缩，粗产物柱层析分离提纯。化合物7的合成方法：在Ar保护下，以THF为溶剂，加入1份化合物7，3份三异丙基硅基乙炔，10％的催化剂Pd(PPh3)2Cl2,30％的CuI和5mL的三乙胺，该混合液在氩气保护环境下，升温回流6h，冷却至室温后，旋蒸除去溶剂，粗产物通过柱层析分离提纯。化合物9的合成方法：在Ar保护下，将1份化合物7溶解在干燥的THF中，然后加入5份的TBAF(1MinTHF)，反应液在25℃下搅拌反应30min,反应结束后加入水，然后用二氯甲烷萃取，合并的有机相用无水硫酸镁干燥，干燥后旋蒸浓缩得到粘稠状化合物直接投入下一步反应。将上述所得粘稠状物质溶解在THF和三乙胺的混合液中，再加入10％的催化剂Pd2(dba)3,2份三苯基砷，反应混合液在Ar保护下，于70℃下搅拌反应4h。冷却至室温后，旋蒸除去有机溶剂，粗产物通过柱层析分离提纯。化合物H1的合成方法：在Ar保护下，将1份化合物9溶解在干燥的THF中，再加入20mL的MeOH和8mL的20％的NaOH水溶液，将反应液加热至40℃搅拌反应2h。反应结束后，反应混合液用乙醚萃取，并用蒸馏水和1M的HCl各洗涤两次，粗产物通过柱层析分离提纯并重结晶后即可得到目标染料分子。本专利技术还提供一种所述的纯有机染料在光敏染料的应用，将该纯有机染料作为光敏染料，应用于将太阳能转变成电能。本专利技术还提供一种基于权利要求1所述的纯有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于：该染料敏化太阳能电池包括有吸附了光敏染料的光阳极、对电极、导电玻璃和电解质；所述的导电玻璃为FTO导电玻璃，FTO导电玻璃导电一侧中间铺上纳米晶多孔TiO2薄膜，该纳米晶多孔TiO2薄膜吸附所述基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，构成光阳极，该纯有机染料作为光敏染料，将太阳能转变成电能；对电极为导电玻璃导电一侧中间铺上的Pt催化剂层；光阳极和对电极相对间隔设置，所述纳米晶多孔TiO2薄膜周边用密封材料密封形成密闭的腔体，腔体内填充有电解质。本专利技术还提供一种染料敏化太阳能电池的制备方法，包括有以下步骤：a.FTO导电玻璃的预处理：对FTO导电玻璃进行表面清洗并干燥备用；b.TiO2纳晶颗粒的制备：室温下，将20mLEtOH和15mLTi(OBu)4的混合，在搅拌条件下，于上述溶液中加入35mL乙酸和20mL蒸馏水并继续搅拌1h，然后将此混合液移入高压反应釜中并置于230℃下处理12h，冷却至室温后，将所得悬浊液过滤，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤多次，所得固体置于烘箱中升温至50℃烘6h，得到粒径为20nm±2的TiO2纳米晶颗粒；c.称取TiO2纳米晶颗粒1.0g于一小烧杯中，分别加入乙基纤维素0.5g、松油醇3.0g、无水乙醇10.0mL、冰乙酸0.2mL，将此混合物用玻璃棒搅拌并充分研磨30min，然后泥浆物在超声仪中作用20min后即得到所需的白色粘性的TiO2纳米晶浆料；d.纳米晶Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，其特征在于其结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，其特征在于其结构通式为：其中：X为O或S，R为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的酰胺基，R1为C1～C20的直链烷基、C1～C20的支链烷基、C1～C20的烷氧基或卤素。2.根据权利要求1所述的纯有机染料，其特征在于：R＝iC8H17，R1＝O-iC8H17，X＝S。3.一种基于权利要求1所述的纯有机染料在光敏染料的应用，其特征在于：将该纯有机染料作为光敏染料，应用于将太阳能转变成电能。4.一种基于权利要求1所述的纯有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于：该染料敏化太阳能电池包括有光阳极、对电极、导电玻璃和电解质；所述的导电玻璃为FTO导电玻璃，FTO导电玻璃导电一侧中间铺上纳米晶多孔TiO2薄膜，该纳米晶多孔TiO2薄膜吸附权利要求1所述基于二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑π桥的纯有机染料，构成光阳极，该纯有机染料作为光敏染料，将太阳能转变成电能；对电极为导电玻璃导电一侧中间铺上的Pt催化剂层；光阳极和对电极相对间隔设置，所述纳米晶多孔TiO2薄膜周边用密封材料密封形成密闭的腔体，腔体内填充有电解质。5.一种染料敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：a.FTO导电玻璃的预处理：对FTO导电玻璃进行表面清洗并干燥备用；b.TiO2纳晶颗粒的制备：室温下，将20mLEtOH和15mLTi(OBu)4的混合，在搅拌条件下，于上述溶液中加入35mL乙酸和20mL蒸馏水并继续搅拌1h，然后将此混合液移入高压反应釜中并置于230℃下处理12h，冷却至室温后，将所得悬浊液过滤，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤多次，所得固体置于烘箱中升温至50℃烘6h，得到粒径为20nm±2的TiO2纳米晶颗粒；c.称取TiO2纳米晶颗粒1.0g于一小烧杯中，分别加入乙基纤维素0.5g、松油醇3.0g、无水乙醇10.0mL、冰乙酸0.2mL，将此混合物用玻璃棒搅拌并充分研磨30min，然后泥浆物在超声仪中作用20...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄祖胜，李青云，王振操，全云云，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33