一类用于染料敏化太阳能电池的吲哚啉基卟啉类近红外染料及其制备_2

文档序号:8958625阅读:来源:国知局
小时。反 应完成后冷却至室温,加入二氯甲烷将反应体系稀释,再经硅藻土过滤,二氯甲烷洗涤,合 并滤液,减压移去溶剂,剩余物用硅胶柱层析分离纯化,真空干燥即获得染料前体; (2) 室温、氮气保护下,向染料前体的四氢呋喃溶液中加入浓度为I. 0 M的四丁基氟 化铵的四氢呋喃溶液。反应体系于30° C下搅拌3小时,加水淬灭反应后,用二氯甲烷萃 取。有机相经无水硫酸镁干燥,过滤,减压移走溶剂后,剩余物真空干燥后,加入对碘苯甲酸 衍生物、三(二亚苄基丙酮)二钯、配体、三乙胺和四氢呋喃,在氮气保护下80° C下反应 8小时,冷至室温,减压移走易挥发物,剩余物用硅胶柱层析纯化,即得5-吲哚啉衍生物炔 基-10, 20-双取代苯基-15-(4-羧基苯乙炔衍生物基)锌(II)卟啉类染料。
[0008] 根据上述的制备方法,5-溴-10, 20-双取代苯基-15-(三异丙基硅乙炔基)锌 (II)卟啉的结构通式如下:
R4为氢、氟、氯、溴、碘、烷基、取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、 硝基、醛基、酯基、酰胺基、氰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种或几种。
[0009] 根据上述的制备方法,7-乙炔基吲哚啉衍生物的结构通式如下:
R1为氢、氟、氯、溴、碘、烷基、取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、 硝基、醛基、酯基、酰胺基、氰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种或几种。R2为氢、烷基、取 代苄基、醚链、硫醚链、羰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种。其中取代苄基、烷氧基、醚 链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、酯基、酰胺基、取代芳基或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。
[0010] 根据上述的制备方法,染料前体的结构通式如下:
R1为氢、氟、氯、溴、碘、烷基、取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、 硝基、醛基、酯基、酰胺基、氰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种或几种。R2为氢、烷基、取 代苄基、醚链、硫醚链、羰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种。R4为氢、氟、氯、溴、碘、烷基、 取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、硝基、醛基、酯基、酰胺基、氰基、 取代芳基或取代杂芳基中的一种或几种。其中取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取 代氨基、羰基、酯基、酰胺基、取代芳基或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。
[0011] 根据上述的制备方法,对碘苯甲酸衍生物的结构通式如下:
R3为氢、氟、氯、溴、烷基、取代苄基、烷氧基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代氨基、羰基、硝 基、醛基、酯基、酰胺基、氰基、取代芳基或取代杂芳基中的一种或几种。
[0012] 根据上述的制备方法,其特征在于步骤(2)中配体为吡啶、2, 2'-联吡啶、1,10-邻 菲咯啉、三苯基膦、三叔丁基膦四氟硼酸盐、三环己基膦四氟硼酸盐、1,Γ -联萘-2, 2' -双 二苯膦、2-(二叔丁基磷)-1,Γ-联萘、1,2-双(二甲基瞵)乙烷、双(2-二苯基膦乙基) 苯基磷、正丁基-二(1-金刚烷基)磷、1,Γ-双(二苯基膦)二茂铁、1,2, 3,4, 5-五苯 基_1' _(二叔丁基勝)二茂铁、2, 2' -二(二_3, 5_甲基苯基勝)_1,1' -联蔡、N, N-二甲 基-1-(2-联苯膦基)二茂铁乙胺、1,Γ -(二苯基膦基)丙烷、二苯基(2, 4, 6-三甲基苯甲 酰基)氧化膦、六氟锑酸银、L-脯氨酸。
[0013] 根据上述的制备方法,其特征在于步骤(1)中5-溴-10, 20-双取代苯基-15-(三 异丙基硅乙炔基)锌(11)卟啉的反应浓度为0.0001~10 111〇1/1;5-溴-10,20-双取代苯 基-15-(三异丙基硅乙炔基)锌(II)卟啉、7-乙炔基吲哚啉衍生物、三(二亚苄基丙酮) 二钯、碘化亚铜及三苯基膦的摩尔比为1: (1~1〇): (0. 01~50): (0. 01~10): (0. 01~10); 步骤(2)中染料前体的浓度为0. 0001~10 mol/L ;染料前体、对碘苯甲酸衍生物、三(二亚 苄基丙酮)二钯、配体的摩尔比为1: (1~1〇): (〇.〇1~50): (0.01~10)。
[0014] 用核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)以及高分辨质谱证实了各个化合物的结 构。检测所用仪器为:Bruker AV 11-400 MHz型核磁共振仪,其中TMS为内标,氘代⑶Cl3和氘代DMSO为溶剂;Waters-Q-TOF-Premier (ESI)型高分辨质谱仪。
[0015] 光谱表征所用仪器为:HITACHI U-2910型紫外一可见分光光度计(扫描范围 250~1100 nm),崛场Fluoromax-4型焚光光谱仪。
[0016] 光电化学特性表征所用仪器为:光电转化效率用Oriel 94023A, Newport Corp. 太阳光模拟器提供功率为100 mW cm 2的条件下,用Keithley Series 2000型点位表测得 光电流密度-电压曲线。单色光电转化效率在QTest Station 1000AD (Crowntech, Inc.) 上测试。
[0017] 本发明实施例中,二氧化钛光阳极、铂电极和聚酰亚胺胶带均为市售。聚酰亚胺胶 带的厚度为30 #m。
[0018] 与现有的其他卟啉类光敏剂相比,本发明所述的新型5-吲哚啉衍生物炔 基-10, 20-双取代苯基-15-(4-羧基苯乙炔衍生物基)锌(II)卟啉类染料具有更好的性 质,具体表现为: 1. 引入了供电性强的吲哚啉衍生物作为供体,提高了染料的给电子能力; 2. 引入了炔烃,使5-吲哚啉衍生物炔基-10, 20-双取代苯基-15-(4-羧基苯乙炔衍 生物基)锌(II)卟啉类染料在可见-近红外波段的吸收变宽,摩尔吸光系数显著增大; 3. 5-吲哚啉衍生物炔基-10, 20-双取代苯基-15-(4-羧基苯乙炔衍生物基)锌(II) 卟啉类染料是一类结构新颖的高效染料,可以获得较高的光电转换效率。
[0019] 四、【附图说明】 图1为制备5-吲哚啉衍生物炔基-10, 20-双取代苯基-15- (4-羧基苯乙炔衍生物基) 锌(II)卟啉类染料的制备路线; 图2为本发明实施例1所制备5-(7-ΛΜ4-甲苯基)吲哚啉基)-10,20-双(2, 6-二正 辛氧基苯)-15-(4-羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉的分子结构和核磁氢谱图; 图3为本发明实施例1所制备5-(7-ΛΜ4-甲苯基)吲哚啉基)-10,20-双(2, 6-二正 辛氧基苯)-15-(4-羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉的紫外-可见吸收光谱图; 图4为本发明实施例1所制备5-(7-ΛΜ4-甲苯基)吲哚啉基)-10,20-双(2, 6-二正 辛氧基苯)-15-(4-羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉制备而成的染料敏化太阳能电池的电流密 度-电压曲线; 图5为本发明实施例1所制备5-(7-ΛΜ4-甲苯基)吲哚啉基)-10,20-双(2, 6-二正 辛氧基苯)-15-(4-羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉制备而成的染料敏化太阳能电池的入射单 色光子-电子转化效率曲线。
[0020] 五、【具体实施方式】 下面结合具体实施案例对本发明作进一步描述,将有助于对本发明的理解。但并不能 以此来限制本发明的权利范围,而本发明的权利范围应以权利要求书阐述的为准。
[0021] 实施例1:5-(7-ΛΜ4-甲苯基)吲哚啉基)-10,20-双(2, 6-二正辛氧基 苯)-15-(4-羧基苯乙炔基)锌(II)卟啉的合成步骤 步骤(1)5-溴-10, 20-双(2, 6-二正辛氧基苯)-15-(三异丙基硅乙炔基)锌(II)卟 啉(0.39 g,(X3 mmol)、7-乙炔基-ΛΜ4-甲苯基)-1,2,3,3&,4,813-六氢环戊基[况吲哚 (123. 0 mg,0· 45 mmol )、Pd2 (dba) 3 (54. 9 mg,0· 06 mmol )、CuT (28. 6 mg, 0. 15 mmol )、PPli3 (31.5 mg,0. 12 mmol)、Et3N (6. O mL)和甲苯(6. O mL)。产物经硅胶柱层析分离(洗脱剂: CH2Cl2/石油醚=1/4,v/v),得墨绿色染料前体0.26 g,产率为58%; 步骤(2)室温、氮气保护下,向3a (0.26 g,0. 17 mmol)的THF (20 mL)溶液中加入浓 度为1.0 M的TBAF的THF溶液(TBAF/THF,1.0 mL)。反应体系于30° C下搅拌3 h,加入 水淬灭反应后,用CH2Cl2萃取。有机相经无水MgSO 4干燥,过滤,加压移走溶剂后,在剩余物 中加入对鹏苯甲酸(248. 0 mg,I. 0 mmol)、Pd2(dba)3 (84. 0 mg,0. 092 mmol )、AsPli3 (172.0 mg,0. 51 mmol)及Et3N (10. 0 mL)。用THF (50. 0 mL)将上述剩余物转入反应管中,并向 其中鼓入氮气以排走空气。反应体系置于预先加热至80 ° C的油浴中反应8 h。冷至室 温,减压移走易挥发物,剩余物用硅胶柱柱层析(洗脱剂:012(:12/^60!1 = 40/1,¥八)。向所 得的粗产物中加入甲醇,搅
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