一类可用于染料敏化太阳能电池的吲哚啉卟啉染料制造技术

本发明专利技术涉及一类吲哚啉基卟啉类染料在染料敏化太阳能电池中的应用。通过引入供电性强和平面性差的吲哚啉衍生物作为供体，本发明专利技术所述的D‑π‑A型卟啉染料与已用于染料敏化太阳能电池的其他各种染料相比，染料摩尔消光系数大，在二氧化钛光阳极上吸附量小，染料堆积减轻，有效地节省了原料的用量，降低总成本。同时，在电子供体以C‑C单键直接与卟啉相连的D‑π‑A型卟啉染料中，用本发明专利技术所述染料制备的电池具有几乎定量的单色光电转化效率和超过10％的高光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类5, 15-双（2, 6-二取代苯基）-10-吲哚啉衍生物-20-(4-羧基苯 乙炔基）锌（II)卟啉类染料的分子结构、制备方法及其在染料敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
随着对能源持续不断的需求，开发一种成本低廉、环境友好的高效能源转化和 利用方式，成为人们迫切关注的焦点。基于此，染料敏化太阳能电池（DSSCs)在能源革 新和工程开发上吸引了广大科研工作者的眼球。其中钌吡啶染料敏化太阳能电池在标准条件100mWcm2功 率和1.5G辐照的太阳光模拟器照射下，光电转化效率已经达到了 11. 4% 〇 但是由于钌吡啶染料中的贵金属钌价格昂贵，发展无需贵金属的高效染料敏化太阳能电池 有着重要意义。 具有推拉电子特征的D-J!-A型卟啉染料避免了贵金属的引入，成本相比更加低 廉，环境友好，同时具有光、热、化学稳定性和生物相容性，已经逐渐代替钌吡啶染料在染料 敏化太阳能电池中的地位。随着在卟啉骨架上的化学修饰，共辄骨架??^^立引入长链 烷氧基能够有效地防止染料聚集和电荷淬灭。基于卟啉骨架的染料敏化太阳能电池光电 转化效率近几年来不断提高，现报道的光电转化效率最高值已达13. 6%。在与卟啉骨架相连的电子受体和锚定基团方面，4-乙炔 基苯甲酸已经被证明十分有效。在电子供体方面，就目前所止，与卟啉骨架直接通过C-C单 键相连获得的卟啉染料光电转化效率并不高，在没有共敏化剂的情况下最高仅7. 13%。在与 卟啉骨架相连的电子供体选择上，吲哚啉衍生物由于供电性强、平面性差，已经被应用于其 他具有推拉电子特征的分子中，用于染料敏化太阳能电池，表现出摩尔消光系数大、分子聚 集减轻等特点〇
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发一类5, 15-双（2, 6-二取代苯基）-10-吲哚啉衍生 物-20-(4-羧基苯乙炔基）锌（II)卟啉类染料，并将其运用于染料敏化太阳能电池的领域 中。 本专利技术解决该问题的技术方案：在具有推拉电子特征的D-J!-A型卟啉中引入吲 哚啉衍生物作为电子供体，增强了供电性，增大了分子的摩尔消光系数，增强了光捕获能 力，解决了其他卟啉染料聚集严重的问题，提高了光电转化效率。 其中，5, 15-双（2, 6-二取代苯基）-10-吲哚啉衍生物-20-(4-羧基苯乙炔基）锌 (II)卟啉类染料结构通式为：R1为氢、烷基、醚链、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、羰基、酯基；R2为烷氧基、醚链、烷 硫基、硫酿链、取代苄基中的一种或几种。其中取代苄基、烷基、烷氧基、酿链、烧硫基、硫酿 链、羰基、酯基、取代芳基、取代杂芳基中的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中 的一种或几种。 本专利技术中5, 15-双（2, 6-二取代苯基）-10-吲哚啉衍生物-20-(4-羧基苯乙炔 基）锌（II)卟啉类染料的制备采用以下路线(如附图1): (1)向干燥的反应器中加入5-溴-15-(三异丙基硅乙炔基）-10, 20-双（2, 6-二取代苯 基）锌（II)卟啉、吲哚啉频哪醇硼酸酯、添加剂、催化剂和溶剂，在氮气保护下，在_40~110 °C下反应0. 1~480小时。冷至室温，加入二氯甲烷，过滤，减压移去溶剂，剩余物用硅胶柱层 析分离纯化，真空干燥，得到吲哚啉-卟啉染料前体； (2)在氮气保护下，将得到的吲哚啉-卟啉染料前体配成溶液，加入四丁基氟化铵的四 氢呋喃溶液，反应在_40~80 °C条件下搅拌0. 1~240小时，加水淬灭。冷至室温，加入二氯 甲烷萃取，用无水硫酸镁干燥，减压移去溶剂，真空干燥得到固体，再加入对碘苯甲酸、添加 剂、催化剂、溶剂，氮气保护下，在_40~80 °C下反应0. 1~240小时。冷至室温，减压移去溶 剂，剩余物用硅胶柱层析分离纯化，真空干燥得5, 15-双（2, 6-二取代苯基）-10-吲哚啉衍 生物-20-(4-羧基苯乙炔基）锌（II)卟啉类染料。 本专利技术中5-溴-15-(三异丙基硅乙炔基）-10, 20-双（2, 6-二取代苯基）锌（II) 卟啉的结构通式为：R2为烷氧基、酿链、烧硫基、硫酿链、取代苄基中的一种或几种。其中烷氧基、酿链、烧硫 基、硫醚链、取代苄基中的碳链为碳个数为0~40的直链、支链或环烷烃中的一种或几种。 本专利技术中吲哚啉频哪醇硼酸酯的结构通式为：R1为氢、烷基、醚链、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、羰基、酯基。其中烷基、醚链、硫醚 链、取代芳基、取代杂芳基、羰基、酯基中的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中 的一种或几种。 本专利技术中吲哚啉-卟啉染料前体的结构通式如下：R1为氢、烷基、醚链、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、羰基、酯基；R2为烷氧基、醚链、烷 硫基、硫酿链、取代苄基中的一种或几种。其中取代苄基、烷基、烷氧基、酿链、烧硫基、硫酿 链、羰基、酯基、取代芳基、取代杂芳基中的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中 的一种或几种。 步骤（1)和（2)中催化剂为四（三苯基膦）钯、醋酸钯、氯化钯、二（乙腈）二氯化钯、 二(苯腈）二氯化钯、二(三苯基膦）二氯化钯、双(二亚苄基丙酮）钯、三(二亚苄基丙酮）二 钯、氯化烯丙基钯（II)二聚物、（1，5-环辛二烯）二氯化钯（II)、三氯化铑、醋酸铑、乙酰 丙酮三苯基膦羰基铑、双环辛烯氯化铑二聚体、二氯（五甲基环戊当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类5,15‑双(2,6‑二取代苯基)‑10‑吲哚啉衍生物‑20‑(4‑羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉类染料，其结构通式如下：R1为氢、烷基、醚链、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、羰基、酯基，R2为烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代苄基中的一种或几种，其中取代苄基、烷基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、羰基、酯基、取代芳基、取代杂芳基中的碳链为碳个数为0~40的直链、支链或环烷烃中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游劲松，李成明，吴迪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51