一种D-A结构有机小分子光热材料的制备并用于水电联产制造技术

本发明专利技术公开了一种D

【技术实现步骤摘要】
一种D
‑
A结构有机小分子光热材料的制备并用于水电联产


[0001]本专利技术属于水电联产的
,具体涉及一种基于D
‑
A结构有机小分子光热材料的设计理念和简易制备方法。

技术介绍

[0002]能源是人类生存、发展的基础，但随着经济的快速发展，化石能源消耗量的持续增加，人类正面临着淡水资源匮乏和能源短缺的问题。而太阳能作为一种新型可再生能源，有着储量丰富，清洁无污染，无地域限制等优点，是缓解淡水资源匮乏和能源危机的有效途径之一。目前，太阳能驱动的界面蒸发系统引起了研究工作者们的广泛关注，如何提高太阳能水蒸发速率和光热转换效率是技术的难点。其中，太阳能吸收层(即光热材料)是影响太阳能光热性能的直接因素。为此，制备一种光热性能优异的太阳能吸收材料用于水电联产的
具有重大的意义。
[0003]近年来，研究者们已经制备了多种光热材料，主要集中在金属基无机材料、碳基无机材料、生物质材料，有机聚合物和有机小分子材料。值得注意的是，贵金属基和无机碳基的光热转换材料由于不易加工，高成本等问题，会限制实际应用。与贵金属基和无机碳基无机材料相比，有机小分子材料具有柔性、结构可调性和多样性等优点，具有更广泛的应用前景，但想要拓宽吸收光谱，促进光热转换，从而使它们在水电联产中得到应用，还需要进一步的探索。其中，制备一种给受体(D
‑
A)结构的有机小分子是获得高光热性能的有效方法。这种D
‑
A结构的有机小分子是通过提高分子共轭度和分子间的电荷转移，从而促进分子吸收光谱进一步红移，这有利于捕获近红外区的太阳能，使得光热性能进一步提高。
[0004]作为本专利技术的有机小分子光热材料GDPA
‑
QCN是以邻苯二甲腈为受体(A)、二苯胺为给体(D)制备而成。D
‑
A型结构决定了它在300
‑
1100nm范围的宽光谱吸收，由于二苯胺的存在，不仅延长了分子的共轭度，还增强了受体的吸电子能力，提高了分子间电荷转移，使得它获得了优异的光热性能，在655nm激光照射下的光热转换效率高达67.3％。因此，设计和制备一种具有高效太阳能集热效应的有机小分子需要满足以下几个条件：1.构筑D
‑
A 型结构的有机小分子；2.提高分子的共轭度；3.促进分子间电荷转移。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前有机小分子光热材料用于水电联产所存在的技术难题，为此提供了一种D
‑
A结构有机小分子光热材料的简易制备方法，并将其应用于水电联产的

[0006]为达到上述目的，本专利技术所述的有机小分子光热材料的制备方法通过以下步骤予以实现：
[0007]本专利技术提供了一种D
‑
A型有机小分子GDPA
‑
QCN，其结构式如下式所示(式一)：
[0008][0009]本专利技术采用的合成路线可用如下反应式表示：
[0010][0011]如式一所示的GDPA
‑
QCN的制备：
[0012]步骤1，化合物2的合成：
[0013]在带有转子的三口瓶中倒入含有化合物1的甲苯溶液，再依次加入二苯胺、1,10
‑
菲咯啉、碘化亚铜和氢氧化钾，在高温125℃下持续反应24h，随后将反应混合物冷却至室温。得到的粗产物用二氯甲烷提取，有机层再用水洗涤，并用无水硫酸钠进行干燥。随后进行抽滤，减压蒸馏，柱层析分离提纯得到白色固体化合物2；
[0014]步骤2，化合物GDPA
‑
Bpin的合成：
[0015]将所得的白色固体化合物2、Pd(Dppf)Cl2.CH2Cl2、双(频哪醇合)二硼和KOAc放入干燥的三口瓶中，再倒入干燥的DMF充分搅拌溶解，加热至80℃，反应12h，随后将反应混合物冷却，蒸馏出DMF。将混合物溶解在DCM中，用水洗涤，直接用于下一步操作，无需进一步纯化；
[0016]步骤3，化合物Br
‑
QCN的合成：
[0017]将4
‑
溴苯酰溴和4,5
‑
二氨基邻苯二甲腈加入水中搅拌，再加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)得到混合物，将混合物在回流条件下搅拌8h，冷却后倒入水中过滤、甲醇洗涤、干燥，得到红色粗产物2
‑
(4
‑
溴苯基)喹恶啉
‑
6,7二碳腈(Br
‑
QCN)，无需进一步提纯即可使用；
[0018]步骤4，化合物GDPA
‑
QCN的合成：
[0019]将Br
‑
QCN、GDPA
‑
Bpin、Pd(PPh3)4、K2CO3、THF和蒸馏水，在氮气氛围下，加热至90℃
搅拌12h。随后将混合物冷却至室温，并加入蒸馏水淬灭反应。接下来用二氯甲烷提取混合物，合并有机溶剂层用无水硫酸钠干燥，旋蒸脱除溶剂，柱层析提纯，最终得到深红色固体GDPA
‑
QCN。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021](1)本专利技术的有机小分子光热材料GDPA
‑
QCN具有优异的太阳能光热效应，包括宽光谱吸收，优异的光热转化效率，在水电联产的
有良好的应用；
[0022](2)本专利技术的有机小分子光热材料GDPA
‑
QCN的制备路线简单，收率高(约60％)，可重复性强，具有商业大规模生产潜力；
[0023](3)本专利技术的有机小分子光热材料GDPA
‑
QCN属于D
‑
A结构，具有大共轭骨架，通过分子间电荷转移，使得吸收光谱进一步红移，提高了近红外区的太阳能捕获能力，这对于太阳能驱动的界面蒸发非常有意义。
附图说明
[0024]图1为GDPA
‑
QCN的合成线路图；
[0025]图2为GDPA
‑
QCN在730nm激光照射下的红外热成像；
[0026]图3为GDPA
‑
QCN在不同激光功率密度下的升温图；
[0027]图4为GDPA
‑
QCN激光稳定图；
[0028]图5为GDPA
‑
QCN水电联产的温差图；
[0029]图6为GDPA
‑
QCN水电联产的电压图；
[0030]图7为GDPA
‑
QCN水电联产的蒸发速率图。
具体实施方式
[0031]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0032]本专利技术的实施例一：
[0033]化合物2的合成：在带有转子的三口瓶中倒入含有化合物1(4.0g，6.5mmol)的甲苯溶液(50mL)，再依次加入二苯胺(5.0g，30.0mmol)、1,10
‑
菲咯啉(80m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.如式一所示的GDPA
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QCN的制备：步骤1，化合物2的合成在带有转子的三口瓶中倒入含有化合物1的甲苯溶液，再依次加入二苯胺、1,10
‑
菲咯啉、碘化亚铜和氢氧化钾，在高温125℃下持续反应24h，随后将反应混合物冷却至室温。得到的粗产物用二氯甲烷提取，有机层再用水洗涤，并用无水硫酸钠进行干燥。随后进行抽滤，减压蒸馏，柱层析分离提纯得到白色固体化合物2。步骤2，化合物GDPA
‑
Bpin的合成将所得的白色固体化合物2、Pd(Dppf)Cl2.CH2Cl2、双(频哪醇合)二硼和KOAc放入干燥的三口瓶中，再倒入干燥的DMF充分搅拌溶解，加热至80℃，反应12h，随后将反应混合物冷却，蒸馏出DMF。将混合物溶解在DCM中，用水洗涤，直接用于下一步操作，无需进一步纯化。步骤3，化合物Br
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QCN的合成将4
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溴苯酰溴和4,5
‑
二氨基邻苯二甲腈加入水中搅拌，再加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)得到混合物，将混合物在回流条件下搅拌8h，冷却后倒入水中过滤、甲醇洗涤、干燥，得到红色粗产物2
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(4
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溴苯基)喹恶啉
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6,7二碳腈(Br

【专利技术属性】
技术研发人员：贾涛，申美华，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：