一种噻唑酮并三苯胺类光敏染料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种噻唑酮并三苯胺类光敏染料及其制备方法，该光敏染料的结构式如下：式中R1代表C1～C10烷基或C2～C10烯基；Ar为芳香基、杂环芳基等所构成的桥链。本发明专利技术将含氮、氧和硫等富电子杂原子的噻唑酮引入三苯胺电子供体中，可以提高供体的供电子能力，能够更有效地拓宽光敏染料的光谱吸收范围，可用于制备太阳能电池，其不含贵金属钌，制备成本低，且纯化方法简单，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种噻唑酮并三苯胺类光敏染料及其制备方法
本专利技术属于有机染料
，具体涉及噻唑酮并三苯胺为电子供体、芳香烃或杂环芳烃及其衍生物结构单元为桥链并连接吸电子基团的有机染料。
技术介绍
随着人类对能源需求的逐年增加以及温室效应等环境问题的出现，开发新的可再生能源受到了各国政府的高度重视。由于染料敏化太阳能电池的制造成本低、光电转换效率高、工艺简单，因此，这类电池是实验室基础研究以及工业应用开发的一个重点。通常，染料敏化太阳能电池由导电基底材料(透明导电电极)、纳米多孔半导体薄膜、光敏染料、电解质和对电极等几部分组成。其中，光敏染料直接影响电池对光吸收效率，其性能的优劣决定电池的光利用效率和光电转换效率。光敏染料可分为两大类：金属络合物和纯有机光敏染料。金属络合物以N3、N719和CYC-B11等一些多吡啶钌化合物为代表，其光电转换效率已经达到了11％，并表现出很好的稳定性。但是钌是贵金属，资源稀缺，这类光敏染料的发展应用受到了一定的限制。因而逐渐发展了不含贵金属的纯有机光敏染料，并且纯有机光敏染料光电转换效率也突破了10％。有机光敏染料的主要结构特征为D-π-A结构，也就是所谓的电子供体-共轭桥链-电子受体结构，这种结构上的特征便于设计合成新光敏染料，可以调节光敏染料的吸收光谱范围，还可以调节光敏染料分子的HOMO和LUMO能级。三苯胺单元容易氧化，并且具有优良的电荷传导能力和稳定性。近年来，研究表明三苯胺结构具有非常优异的光电功能，可作为有机光敏染料的电子供体部分。为了进一步提高供体的供电子能力以及拓宽光敏染料的吸收范围，可以向供体引入一些含氮、氧和硫等富电子杂原子的杂环，比如：二硫富瓦烯、四硫富瓦烯、吩噻嗪等。最近，环状脲和环状硫脲也被引入到电子供体中，达到了进一步增强三芳胺的供电子能力以及拓宽光敏染料吸收范围的效果(CN201210154785.9)。但是供体中相邻烷基的位阻作用引起供体的平面扭曲，这在一定程度上不利于电子从供体向受体传递，另外，这种扭曲在一定程度上破坏了分子的共平面性，从而光敏染料分子的光谱吸收范围变窄。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述有机光敏染料的缺点，提供一种电荷传导能力优良、稳定性好的噻唑酮并三苯胺类光敏染料，并为该染料提供一种操作简单、收率高的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是该光敏染料的结构式如下所示：式中，R1代表C1～C10烷基或C2～C10烯基；Ar代表以下结构中的任意一个：式中，R2～R9各自独立的代表氢原子、羟基、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基或卤素，n为1～3的整数。本专利技术优选R1代表C1～C10烷基，Ar代表R2～R5代表氢原子，n为1。上述噻唑酮并三苯胺类光敏染料的制备方法为：1、制备式1化合物以甲苯与蒸馏水的体积比为1:1的混合液为溶剂，将苯并噻唑酮、C1～C10的溴代烷烃或C2～C10的溴代烯烃、氢氧化钠、四丁基溴化铵按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.05～0.15，50～70℃反应6～12小时，分离纯化产物，得到式1化合物，其化学反应方程式如下：式中R1代表C1～C10烷基或C2～C10烯基。2、制备式2化合物以氯仿为溶剂，将式1化合物与液溴按摩尔比为1:0.5～0.6，60～80℃反应3～5小时，分离纯化产物，得到式2化合物，其化学反应方程式如下：3、制备式3化合物以甲苯为溶剂，在氮气保护下，将式2化合物、苯胺、叔丁醇钾按摩尔比为1:0.5～0.6:2～2.5，120～140℃反应20～30小时，分离纯化产物，得到式3化合物，其化学反应方程式如下：4、制备式4化合物以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，将式3化合物与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)按摩尔比为1:1～1.3，70～90℃下反应4～8小时，分离纯化产物，得到式4化合物，其化学反应方程式如下：5、制备式6化合物以四氢呋喃与水的体积比为4:1的混合液为溶剂，在氮气保护下，将式4化合物与式5所示的芳基硼酸醛、碳酸氢钠、四(三苯基磷)钯按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.04～0.06，50～70℃反应3～5小时，分离纯化产物，得到式6化合物，其化学反应方程式如下：式中Ar代表以下结构中的任意一个：其中R2～R9各自独立的代表氢原子、羟基、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基或卤素，n为1～3的整数。6、制备噻唑酮并三苯胺类光敏染料以冰乙酸为溶剂，将式6化合物、氰基乙酸、乙酸铵按摩尔比为1:1～1.3:1.5～2.5，100～120℃反应3～5小时，分离纯化产物，得到噻唑酮并三苯胺类光敏染料，其化学反应方程式如下：本专利技术将含氮、氧和硫等富电子杂原子的噻唑酮引入三苯胺电子供体中，可以提高供体的供电子能力，而且只有一个氮原子位置烷基化或烯基化，不会引起供体平面的扭曲，能够更有效地拓宽光敏染料的光谱吸收范围。本专利技术的噻唑酮并三苯胺类光敏染料不含贵金属钌，制备成本低，且纯化方法简单，所得噻唑酮并三苯胺类光敏染料用于制备太阳能电池的光电转化效率可达到相同条件下N719染料敏化太阳能电池光电转化效率的80％～90％，具有广阔的应用前景。附图说明图1是采用实施例1、实施例2和实施例3制备的噻唑酮并三苯胺类光敏染料和N719分别制备成染料敏华太阳能电池的光电转换效率图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1以制备结构式如下的噻唑酮并三苯胺类光敏染料为例，其制备方法为：1、制备式1化合物向三口圆底烧瓶中加入300mL甲苯和300mL蒸馏水，再加入45.3g(0.3mol)苯并噻唑酮、54.0g(0.33mol)溴己烷、13.2g(0.33mol)氢氧化钠、9.6g(0.03mol)四丁基溴化铵，60℃反应8小时，降至室温，分液，有机相用蒸馏水洗至中性，用无水硫酸镁干燥，过滤，蒸除溶剂，剩余物用柱层析分离(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝2:1的混合液)，得到式1化合物64.8g，收率92％。其化学反应方程式如下：2、制备式2化合物向三口圆底烧瓶中加入400mL氯仿，再加入47.0g(0.2mol)式1化合物、17.4g(0.11mol)液溴，70℃反应4小时，降至室温，再加入400mL饱和碳酸氢钠水溶液，分液，有机相用蒸馏水洗至中性，用无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂，剩余物用柱层析纯化(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝4:1的混合液)，得到式2化合物46.4g，收率74％。其化学反应方程式如下：3、制备式3化合物在氮气保护下，向三口圆底烧瓶中加入200mL甲苯，再加入31.3g(0.1mol)式2化合物、5.1g(0.055mol)苯胺、24.8g(0.22mol)叔丁醇钾，130℃反应24小时，停止反应，自然降至室温，并加入200mL蒸馏水，分液，有机相用蒸馏水洗至中性，用无水硫酸镁干燥，蒸除溶剂，剩余物用柱层析纯化(洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝3:1的混合液)，蒸除洗脱剂，得到式3化合物26.9g，收率48％。其化学反应方程式如下：4、制备式4化合物向三口圆底烧瓶中加入160mLN,N-二甲基甲酰胺，再加入22.4g(0.04mol)式3化合物、7.84g(0.044mol)N-溴代丁二酰亚胺(NBS)，80℃下反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噻唑酮并三苯胺类光敏染料，其特征在于该光敏染料的结构式如下所示：式中，R1代表C1～C10烷基或C2～C10烯基；Ar代表以下结构中的任意一个：式中，R2～R9各自独立的代表氢原子、羟基、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基或卤素，n为1～3的整数。

【技术特征摘要】
1.一种噻唑酮并三苯胺类光敏染料，其特征在于该光敏染料的结构式如下所示：式中，R1代表C1～C10烷基或C2～C10烯基；Ar代表以下结构中的任意一个：式中，R2～R9各自独立的代表氢原子、羟基、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基或卤素，n为1～3的整数。2.根据权利要求1所述的噻唑酮并三苯胺类光敏染料，其特征在于：所述的R1代表C1～C10烷基，Ar代表R2～R5代表氢原子，n为1。3.一种权利要求1所述的噻唑酮并三苯胺类光敏染料的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：(1)制备式1化合物以甲苯与蒸馏水的体积比为1:1的混合液为溶剂，将苯并噻唑酮、C1～C10的溴代烷烃或C2～C10的溴代烯烃、氢氧化钠、四丁基溴化铵按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.05～0.15，50～70℃反应6～12小时，分离纯化产物，得到式1化合物；(2)制备式2化合物以氯仿为溶剂，将式1化合物与液溴按摩尔比为1:0.5～0.6，60～80℃反应3...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳玲侠，
申请(专利权)人：陕西理工学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61