D-π-A锌卟啉配合物及其合成和在制备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两种D‑π‑A锌卟啉配合物及其合成和在制备染料敏化太阳能电池中的应用。本发明专利技术将卟啉与炔基有效的结合起来，合成两种D‑π‑A锌卟啉配合物，使二者的光捕获能力进一步提高，更大程度的发挥其在染料敏化太阳能电池的应用；两种配合物都以吡啶吸电子基团为供体单元，分别使用羧酸和氰基丙烯酸为锚定基团，带有氰基丙烯酸为锚定基团显示了更大红移吸收，因此具有更良好的光电转换效率。与传统的钌染料相比，不需要使用贵金属材料，成本低且对环境污染小。

Synthesis of D - \u03c0 - a zinc porphyrin complex and its application in the preparation of dye sensitized solar cells

【技术实现步骤摘要】
D-π-A锌卟啉配合物及其合成和在制备染料敏化太阳能电池中的应用本专利技术涉及两种D-π-A锌卟啉配合物及其合成方法，本专利技术还涉及D-π-A锌卟啉配合物作为敏化剂在制备染料敏化太阳能电池中的应用，属于化学合成
和染料敏化太阳能电池

技术介绍
面对当今世界能源危机，研发新型低成本无污染的新能源是当前面临的巨大挑战；卟啉衍生物是一类含有四个吡咯类亚基的大分子杂环化合物，特殊的共轭结构和优越的光电性能使其在光电化学等领域有着广泛的应用。卟啉衍生物因其具有光吸收转化能力强、易于修饰、制备简单且成本低、环境友好等特点，是目前太阳能电池敏化染料研究的热点。光敏剂是实现高功率转换效率和耐用性的关键组件之一，人们为研究高效的敏化剂付出了巨大的努力，特别是“供体-π-受体”（D-π-A）卟啉分子的拉式结构促进了强而有方向性的电子激发过程。染料敏化太阳能电池（DSSC）具有增强的推挽特性，高度不对称卟啉的分子主要集中在π共轭链段上，在调节供体-受体电子耦合以及偶极矩的大小中起着至关重要的作用。Gratzel等人的研究成果表明（Dye-sensitiz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种D-π-A锌卟啉配合物，其结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种D-π-A锌卟啉配合物，其结构式如下：

。


2.如权利要求1所述一种D-π-A锌卟啉配合物的合成方法，包括以下工艺步骤：
（1）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)卟啉的合成：将二吡咯甲烷和4-丁氧基-3,5-二甲氧基苯甲醛溶解在二氯甲烷中，在脱气溶液中加入催化剂三氟乙酸，在氮气保护，室温下搅拌反应3~4h，再加入氧化剂二氯二氰基苯醌继续在室温下搅拌反应0.5~1h，用三乙胺调节pH至8~9，减压除去溶剂，柱层析分离，干燥，即得紫色粉末状产物；
二吡咯甲烷与4-丁氧基-3,5-二甲氧基苯甲醛的摩尔比为1:1~1:1.5；二吡咯甲烷与三氟乙酸的摩尔比为1:1~1:1.5；二吡咯甲烷与二氯二氰基苯醌的摩尔比为1:0.5~1:1；
（2）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10，20-二（溴）卟啉的合成：将5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)卟啉溶解在吡啶-氯仿混合液中，加入N-溴代琥珀酰亚胺后在冰水浴0~10℃下搅拌反应25~35min，用丙酮淬灭，减压除去溶剂，柱层析分离，得到紫色粉末状产物；
吡啶-氯仿混合液中，吡啶与氯仿的体积比为1:90~1:100；N-溴代琥珀酰亚胺的加入量为5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)卟啉摩尔量的2~3倍；
（3）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）卟啉合成：将5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10，20-二（溴）卟啉和4-吡啶硼酸加入到甲苯和N-N-二甲基甲酰胺溶液中，加入碳酸铯作为碱性试剂，加入4-三芳基磷钯作为催化剂，在氮气保护下，于70~85℃下加热回流4~6h，减压除去溶剂，将粗产物洗涤，干燥，柱层析分离，得到紫色粉末状产物；
5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10，20-二（溴）卟啉与4-吡啶硼酸的摩尔比为1:1~1:3；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10，20-二（溴）卟啉与碳酸铯的摩尔比为1:2.5~1:3；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10，20-二（溴）卟啉与4-三芳基磷钯的摩尔比为1:0.1~1:0.2；甲苯与N-N-二甲基甲酰胺混合液中，N-N-二甲基甲酰胺与甲苯的体积1:2~1:3；
（4）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）锌卟啉的合成：将5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）卟啉和醋酸锌加入到甲醇和氯仿的混合液中，在室温下搅拌反应3~4h，洗涤，干燥，得到深红色固体产物；
醋酸锌的加入量为5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）卟啉摩尔量的4~5倍；甲醇和氯仿的混合液中，甲醇和氯仿的体积比为1:4~1:5；
（5）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（三异丙基甲硅烷基乙炔基）锌卟啉的合成：将5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）锌卟啉和三异丙基硅基乙炔加入到四氢呋喃和三乙胺的混合液中，加入双三苯基磷二氯化钯作为催化剂，加入碘化亚铜作为络合剂，在氮气保护下，于70~80℃回流10~12h，除去溶剂，柱层析分离，得到红绿色粉末产物；
5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）锌卟啉与三异丙基硅基乙炔的摩尔比为1:4~1:5；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）锌卟啉与双三苯基磷二氯化钯的摩尔比1:1~1:2；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（溴）锌卟啉与碘化亚铜的摩尔比为1:0.1~1:0.2；四氢呋喃和三乙胺的混合液中，四氢呋喃与三乙胺的混合液的体积比为4:1~5:1；
（6）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉的合成：将5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（三异丙基甲硅烷基乙炔基）锌卟啉溶于四氢呋喃溶液中，加入四丁基氟化铵，在氮气保护下，于0~10℃搅拌反应15~30min，减压除去溶剂，用二氯甲烷萃取，干燥，除去溶剂得到5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉；
5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（三异丙基甲硅烷基乙炔基）锌卟啉与四丁基氟化铵的摩尔比为1:4~1:5；
（7）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（4-甲酸苯基乙炔基）锌卟啉：将步骤（6）得到的5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉和4-碘苯甲酸溶于四氢呋喃和三乙胺的混合液中，用氮气脱气，加入三（二亚苄基丙酮）二钯作为催化剂，加入三苯基胂作为络合剂，在氮气保护下于60~70℃回流3~4h，在真空下除去溶剂，柱层析分离得到目标产物Z1；
5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉与4-碘苯甲酸的摩尔比为1:4~1:5；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉与三（二亚苄基丙酮）二钯的摩尔比为1:0.3~1:0.5；5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)-10-（吡啶基）-20-（乙炔基）锌卟啉与三苯基胂的摩尔比为1:0.2~1:0.4；四氢呋喃和三乙胺的混合液中，四氢呋喃与三乙胺的体积比为5:1~6:1。


3.一种D-π-A锌卟啉配合物，其结构式如下：

。


4.如权利要求3所述一种D-π-A锌卟啉配合物的合成方法，包括以下工艺步骤：
（1）5,15-二(3,5-二甲氧基-4-丁氧基苯)卟啉的合成：将二吡咯甲烷和4-丁氧基-3,5-二甲氧基苯甲醛溶解在二氯甲烷中，在脱气溶液中加入催化剂三氟乙酸，在氮气保护，室温下搅拌反应3~4h，再加入氧化剂二氯二氰基苯醌继续在室温下搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家成，胡玉奎，陈佩玉，贾奇凡，李玉霞，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62