一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物及其制备方法与用途技术

本发明专利技术公开了如式1所示的一种D‑A’‑π‑A型含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物染料敏化剂及其制备方法与用途。该聚合金属配合物以4,8‑双[5‑(2‑乙基己基)噻吩‑2‑基]苯并[1,2‑B:4,5‑b]二噻吩（BDTT）为电子给体（D）,以噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)配合物为辅助电子受体（A’），Zn(Ⅱ)的辅助配体8‑羟基喹啉衍生物为π桥，氰基（‑CN）和羧基（‑COOH）为主电子受体（A）和锚定基团，通过yamamoto反应将BDTT和Zn(Ⅱ)配合物聚合制备得到聚合金属配合物PBDTT‑BQZn。实验以PBDTT‑BQZn为染料敏化剂的染料敏化太阳能电池,其光伏性能测试表现出较好的效果：光电转化效率（PCE）达到5.87%，热稳定性高，热分解温度达到311℃。式1。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂的一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物及其制备方法，属于新材料中的光电材料领域。
技术介绍
Grätzel和O’Regan在1991年首次报道染料敏化太阳能电池（DSSCs）后，DSSCs便被认为是未来最有发展潜力的太阳能电池，成为了研发可再生和清洁能源领域的热点。而染料敏化剂在DSSCs中起到将太阳光转变成电子并使电子在分子内转移并注入到电极上TiO2薄膜的关键作用，作为新的光电材料，受到最为广泛、深入的研究和应用开发。在目前大量的研究报道和专利技术中，染料敏化剂多为D-A和D-π-A型（即电子给体D与受体A通过一个π共轭体系连接）的有机物，而在最近，出现了引入以有机苯并噻二唑（BTH）等拉电子化合物为辅助电子受体（A’）的D-A’-π-A型（即在给体与π共轭体系间再连接一个受体）高性能染料敏化剂分子报道。这种D-A’-π-A型结构的染料相比于D-π-A型染料,因有效减少了电荷复合、增加了染料的电子转移效率和稳定性，从而较大幅度的提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率（PCE）等光伏性能。基于此，本专利技术研究和开发了以稳定性和吸电子性能优良的过渡金属Zn (Ⅱ)配合物作为辅助电子受体（A’），而专利技术与制备了一种新的D-A’-π-A聚合金属配合物染料敏化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供和制备了一种以4,8-双[5-(2-乙基己基)噻吩-2-基]苯并[1,2-B:4,5-b]二噻吩（BDTT）为给体（D），以噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)配合物为辅助受电子体（A’），Zn(Ⅱ)的辅助配体8-羟基喹啉为π桥，氰基（-CN）和羧基（-COOH）为主电子受体（A）和锚定基团的D-A’-π-A型含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物PBDTT-BQZn。应用于染料敏化太阳能电池中作染料敏化剂，具有较高的光电转化效率和高的热稳定性，其结构式如下：式1 聚合金属配合物PBDTT-BQZn的结构。一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的合成制备方法：（1）配体[N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺的制备：将邻苯二胺溶解于烧瓶反应器中的无水乙醇中，在室温和搅拌下将2,5-二溴-3-噻吩甲醛（与邻苯二胺的摩尔比为1.0:1.0）的无水乙醇溶液通过恒压滴液漏斗逐滴加入到烧瓶内，滴完后继续反应2~6 h后过滤，滤渣用冰无水乙醇洗涤数次，真空干燥得到黄绿色固体的配体产物；（2）Zn(II)配合物BQZn的合成：按1.0:1.0的摩尔比，取 [N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺和2-氰基-3-（8-羟基喹啉-5-基）丙酸于反应器中，加入四氢呋喃搅拌溶解，将二水醋酸锌的甲醇溶液缓慢滴入反应器中后慢慢升高温度，回流反应10~20 h。冷却后过滤，滤渣用无水甲醇进行多次洗涤，干燥得到棕黄色Zn(II)配合物BQZn；（3）聚合金属配合物PBDTT-BQZn的合成：将2,6-二溴-4,8-双[5-(2-乙基己基)噻吩-20基]苯并[1,2-B:4,5-b]二噻吩与锌配合物BQZn加入到三颈反应瓶中，然后依次加入三苯基膦、锌粉、双三苯基膦氯化镍和联吡啶，上述依次加料的摩尔比为 1:1:2:5:1:0.1。用精馏DMF溶解，在通氮气保护条件下，反应体系保持80~95℃，反应40~60 h，反应终止并冷却至室温，然后将反应液倒入过量的无水乙醇中，静置过夜后过滤，滤饼用无水乙醇进行多次洗涤，干燥，得到墨绿色固体聚合金属配合物PBDTT-BQZn。一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的用途：在染料敏化太阳能电池中用作吸收太阳光并产生和传输电子的染料敏化剂材料。本专利技术积极的技术进步效果在于：（1）专利技术一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物PBDTT-BQZn是以普通过渡金属Zn(II)的配合物为辅助电子接受体A’的新型聚合物D-A’-π-A型染料敏化剂，具有良好的共轭性，从而加快了电子从给体到受体的传输效率，对染料能隙的调节扩大了其在可见光区域的吸收范围及强度，因此表现出较好的光电转换效率,（2）有较好光稳定性和热稳定性,（3）以Zn代替贵金属钌等，降低了生产成本，且制备方法较简单，无苛刻的高温高压要求。附图说明图1 本专利技术实施例所合成的[N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺配体的核磁氢谱（400MHz，CDCl3，TMS）；图2 本专利技术实施例所合成的Zn(II)配合物BQZn的红外光谱（IR）（KBr晶体压片，4000~400 cm-1）；图3本专利技术实施例所合成的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的红外光谱（IR）（KBr晶体压片，4000~400 cm-1）；图4 本专利技术实施例合成的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的热重分析（TGA）曲线；图5 本专利技术实施例合成的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的紫外-可见光（UV-vis）吸收光谱；图6 本专利技术实施例合成的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的染料敏化太阳能电池电流密度-电压(J-V)曲线；图7 本专利技术实施例合成的聚合金属配合物PBDTT-BQZn的染料敏化太阳能电池外量子效率（IPCE）曲线。具体实施方式本专利技术的化合物的反应机理为：下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物PBDTT-BQZn。聚合金属配合物PBDTT-BQZn的分子结构式如下：上述聚合金属配合物PBDTT-BQZn的合成制备方法：A.[N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺配体的制备：取2,5-二溴-3-噻吩甲醛3.5050 g（25 mmol）和邻苯二胺2.7652 g（25 mmol）分别溶解于40 ml的无水乙醇中。室温下，边搅拌边将2,5-二溴-3-噻吩甲醛的无水乙醇溶液通过恒压滴液漏斗逐滴加入到邻苯二胺无水乙醇溶液的烧瓶内，滴完后继续反应4 h。过滤，滤饼用冰的无水乙醇洗涤数次，真空干燥得[(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺配体6.3912 g(产率：71%，其核磁氢谱如图1所示)。FT-IR (KBr): 3408, 3321(-NH2), 3029, 1623(C=N), 1493,1429, 836, 737. 1H-NMR (CDCl3, ppm): 8.44 (s, 1H, CH＝N), 7.59 (s, 1H, 噻吩H), 7.12 (s, 1H), 7.07-7.09 (m, 1H), 6.76-6.79 (m, 1H), 6.69 (s, 1H) 3.54 (s, 2H).B. Zn(II)配合物BQZn的合成：取醋酸锌[Zn(CH3COO)2•2H2O] 0.2416 g（1.1 mmol）溶解于20 ml的无水甲醇中备用。称取[(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺0.3607 g（1 mmol）和2-氰基-3-（8-羟基喹啉-5-基）丙酸0.2402 g（1 mmol）置于100 ml的三口瓶中，将25 ml四氢呋喃（THF）加入并搅拌至溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物及其制备方法与用途，其结构式如下：式1 聚合金属配合物PBDTT‑BQZn的结构

【技术特征摘要】
1.一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物及其制备方法与用途，其结构式如下：式1 聚合金属配合物PBDTT-BQZn的结构2.根据权利要求1所述的一种含噻吩基苯二胺衍生物合Zn(II)的聚合金属配合物的制备方法：（1）配体[N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺的制备：将邻苯二胺溶解于烧瓶反应器中的无水乙醇中，在室温和搅拌下将2,5-二溴-3-噻吩甲醛（与邻苯二胺的摩尔比为1.0:1.0）的无水乙醇溶液通过恒压滴液漏斗逐滴加入到烧瓶内，滴完后继续反应2~6 h后过滤，滤渣用冰无水乙醇洗涤数次，真空干燥得到黄绿色固体的配体产物；（2）Zn(II)配合物BQZn的合成：按1.0:1.0的摩尔比，取 [N-(2,5-二溴噻吩-3-基)亚甲基]苯-1,2-二胺和2-氰基-3-（8-羟基喹啉-5-基）丙酸于反应器中，加入四氢呋喃搅拌溶解，将二水合乙酸锌的甲醇溶液缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟超凡，万婷，祝春晓，夏畅，陈旭，陈天祺，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43