钴配合物盐的制作方法_5

文档序号:8926516阅读:来源:国知局
还原偶。
[0238] 优选,本发明器件为光电转化器件,优选光伏电池,特别优选染料敏化太阳能电池 或固态染料敏化太阳能电池。
[0239] 优选,本发明器件的电荷传输层包含有机溶剂和/或包含一种或多种离子液体。
[0240] 有机溶剂和离子液体详细描述于前文中。
[0241] 在本发明一个实施方案中,本发明器件的电荷传输层为如先前详细描述或优选描 述的本发明电解质配制剂,或者换言之,电荷传输层为溶剂和/或离子液体基电解质或者 固体电解质,优选溶剂和/或离子液体基电解质。
[0242] 因此,本发明还涉及电化学和/或光电子器件,其中至少一种式(I)、(IA)或(IB) 化合物包含在电解质配制剂中,或者换言之,电化学和/或光电子器件包含如先前描述和 优选描述的本发明电解质配制剂。
[0243] 根据本发明另一实施方案,如先前描述或优选描述的至少一种式(I)、(IA)或 (IB)化合物可作为掺杂剂用于构成本发明器件的电荷传输层的电荷传输材料中。电荷传输 材料优选为有机电子导电电荷传输材料,其中电子和/或空穴通过电子运动移动而不是带 电分子的扩散。这类导电层可例如基于有机化合物,包括聚合物。
[0244] 因此,电荷传输层可以为电子和/或空穴传导材料。如先前描述或优选描述的至 少一种式(I)、(IA)或(IB)化合物是三芳基胺基空穴导体的有用掺杂剂。
[0245] 其中n为3的如先前描述或优选描述的至少一种式(I)、(IA)或(IB)化合物是三 芳基胺基空穴导体的有用P型掺杂剂。
[0246] 三芳基胺基空穴导体是本领域中已知的。一种重要的空穴导体为2, 2',7, 7'-四 (N,N-二-对甲氧基苯基-胺)9, 9' -螺二芴,也称为螺-MeOTAD。
[0247]因此,本发明还涉及其中n为3的如先前描述或优选描述的至少一种式(I)、(IA) 或(IB)化合物作为三芳基胺基空穴导体的p型掺杂剂,优选螺-MeOTAD的p型掺杂剂的用 途。
[0248] 另外,本发明涉及制备如先前描述或优选描述的电化学器件和/或光电子器件的 方法,所述方法包括步骤:
[0249] -提供第一和第二电极;
[0250] -提供电荷传输层,
[0251] -向所述电荷传输层中加入至少一种式⑴化合物,其中z、y、R、m和R'具有如先 前描述或优选描述的含义。
[0252] 优选,本发明涉及制备如先前描述或优选描述的电化学器件和/或光电子器件的 方法,所述方法包括步骤:
[0253] -提供第一和第二电极;
[0254] -提供电荷传输层,
[0255] -向所述电荷传输层中加入至少一种式(I)C〇n/C〇in-氧化还原偶,其中y、R、m和 R'如先前描述或优选描述,为相同或不同的。
[0256] 染料敏化太阳能电池公开于例如US6, 861,722中。在染料敏化太阳能电池中, 染料用于吸收日光以转化成电能。关于敏化染料的选择本身不存在限制,只要LUMO能态 略高于待敏化的光电极的导带边缘。染料的实例公开于Nanoenergy,deSouza,Flavio Leandro,Leite,EdsonRoberto(编者),Springer,ISBN978-3-642-31736-1,第 58-74 页 中,如US8, 383, 553所述的黑色染料,或者如EP0 986 079A2、EP1 180 774A2或EP1 507 307A1所公开的染料。
[0257] 优选的染料为有机染料,例如MK-1、MK-2或MK-3 (它的结构描述于N.Koumura等 人,J.Am.Chem.Soc?第 128 卷,no. 44, 2006,14256-14257 的图 1 中),如TO2012/001033 的第 4 页所述的D29,如W0 2012/001033 的第 4 页所述的D35,D102(CAS号 652145-28-3), D-149(CAS号 786643-20-7),D205(CAS号 936336-21-9),D358(CAS号 1207638-53-6), 如!\868811〇等人,六叩6¥.〇16111.11^.£(1.第49卷,37,6646-6649,2010 所述的¥0-2, Y123(CAS号 1312465-92-1),联吡啶-钌染料如N3(CAS号 141460-19-7),N719(CAS号 207347-46-4),Z907(CAS号 502693-09-6),C101(CAS号 1048964-93-7),C106(CAS号 1152310-69-4),K19(CAS号 847665-45-6),HRS-1(CAS号 906061-30-1,如K.J.Jiang等人, Chem.Comm. 2460,2006中所公开的)或者三联吡啶(terpyridine)-钌染料如N749(CAS号 359415-47-7)。
[0258] D205的结构为:
[0259]
[0260] D358的结构为:
[0261]
?f
[0262] 特别优选的染料为Z907或Z907Na,其二者都是两性钌敏化剂,D29、D35、Y123、 C106、D358或HRS-1。染料Z907Na意指NaRu(2,2'_联吡啶-4-羧酸-4'-羧酸盐) (4, 4' -二壬基-2, 2' -联吡啶)(NCS)2。
[0263] 非常特别的染料为D358。
[0264] 例如染料敏化太阳能电池包含光电极、对电极和在光电极与对电极之间的电解质 配制剂或电荷传输材料,且其中敏化染料吸收在面对对电极的一侧的光电极表面上。
[0265] 根据本发明器件的一个优选实施方案,它包含半导体、如上所述电解质配制剂和 对电极。
[0266] 根据本发明的一个优选实施方案,半导体基于选自由Si、Ti02、Sn02、Fe203、W03、 ZnO、Nb205、CdS、ZnS、PbS、Bi2S3、CdSe、GaP、InP、GaAs、CdTe、CuInSjP/ 或CuInSe2 组成的 组的材料。优选半导体包含中孔表面,因此增加任选被染料覆盖并与电解质接触的表面。优 选半导体存在于玻璃载体或塑料或金属箔上。优选载体为导电的。
[0267] 本发明器件优选包含对电极。例如涂有Pt的玻璃(分别FT0-或IT0-玻璃)上 的氟掺杂氧化锡或锡掺杂氧化铟、具有优选导电同素异形体的碳、聚苯胺或聚(3, 4-乙烯 二氧噻吩)(PED0T)。除玻璃外,金属基质如不锈钢或钛片可以是可能的基质。
[0268] 其中电荷传输层为溶剂和/或离子液体基电解质配制剂的本发明器件可根据现 有技术的相应器件通过简单地将电解质用本发明电解质配制剂代替而生产。例如在染料 敏化太阳能电池的情况下,器件装配公开于大量专利文献如W0 91/16719(实施例34和 35),以及科学文献如Barb6,C.J.,Arendse,F.,Comte,P.,Jirousek,M.,Lenzmann,F., Shklover,V.,Gl*StZ€!i,M.J.Am.Ceram.Soc. 1997,80,3157 ;和Wang,P.,Zakeeruddin, S.M. ,Comte,P. ,Charvet,R. ,Humphry-Baker,R. ,Gratzel?M.J.Phys.Chem.B2003,107, 14336 中。
[0269] 优选,敏化半导体材料用作光阳极。优选对电极为阴极。
[0270] 本发明还提供一种制备光电池的方法,其包括步骤:使本发明电解质配制剂与半 导体的表面接触,所述表面任选涂有敏化剂。优选半导体选自以上给出的材料,且敏化剂优 选选自如上文所公开的染料。
[0271] 优选可简单地将电解质配制剂倒在半导体上。优选将它通过通过对电极中的孔 在电池的内腔中产生真空并加入如参考文献Wang等人,J.Phys.Chem.B2003,107,14336 所公开的电解质配制剂而应用于已包含对电极的另外完成器件上。
[0272] 现在通过以下实施例阐述本发明,而不限制它的范围。即使没有进一步注释,设想 本领域技术人员能够最宽范围地使用以上描述。因此,优选的实施方案和实施例应仅认为 是描述性的,其绝对不以任何方式为限定性的。 实施例:
[0273] 物质通过拉曼和NMR光谱以及X射线分析表征。NMR光谱在氘化溶剂⑶3CN中通 过使用具有DeuteriumLock的BrukerAvanceIIISpektrometer测量。不同核的共振频 率为:1!! :400, 17MHz,nB:128, 39MHz,以及13C:100, 61MHz。使用以下参考:对于1H和13C光 谱,TMS,以及对于nB光谱,BF3 ?Et20。
[0274] 循环伏安图在装配有ESAEE047玻璃碳工作电极(内径:3mm;电化学活性面积: 7. 1mm2)、Pt对电极(Pt丝,0〇.5mm,57mm长;电化学活性面积:78. 5mm2)和RE-7非水 参比电极Ag/Ag+(在CH3CN中的0. 01MAgN03)的5ml玻璃池中测量。所有测量在乙腈作为 溶剂中进行。四丁基六氟磷酸铵[TBA] [PF6]以在CH3CN中0. 1摩尔/升的浓度用作支持电 解质。试验物质(Co配合物)的浓度在所有测量中都为1 ? 1(T3摩尔/升。池中溶液的体 积为4ml。参比物质为十甲基二茂铁(E° =-0. 423V)。氧化/还原电位和E°的值与Ag/ Ag+(在CH3CN中的0.01MAgN03)参比电极相比地给出。报告了以下数据:EpC(阴极峰); EpA(阳极峰);E° -可逆氧化还原偶C〇+2/C〇+3的标准电位。
[0275] 恒电势器AutolabPGSTAT30 (Fa.Metrom)用于记录循环伏安图。扫描速率为 15mV?s-1〇
[0276] 在以下实施例中,bipy意指:
[0277]
[0278] 实施例1 :
[0279] A) [Co(bipy)3] [BH(CN)3]2 的合成
[0280] 2K[BH(CN) 3] +3bipy+CoCl2 ? 6H20 -[Co(bipy) 3][BH(CN) 3] 2+2KCl+6H20
[0281] 将溶于lOmL水中的2. 35g(9. 88毫摩尔)CoCl2 ? 6H20和在25mL甲醇中的 4.648(29.72毫摩尔)1^口7混合在一起。反应混合物立即变成深棕色。在10分钟内,将 2. 56g(19. 85毫摩尔)K[BH(CN)3]在20mL水中的溶液加入反应混合物中。产物立即作为黄 色固体沉淀。将它过滤,用20mL水洗涤并用50mLEt20洗涤2次。将产物在真空中在室温 下干燥。收率为6. 167g(88%)。另外量的产物及时从母液中沉淀出来。
[0282] 产物[Co(bipy)3] [BH(CN)3]^结构由X射线分析确定。
[0283] 循环伏安法:
[0284]EpA= 0.070V;E° 。。+2/。。+3= 0.040V(可逆氧化还原偶)。
[0285]B)[Co(bipy) 3][BH(CN) 3] 3的合成
[0286] 3K[BH(CN)3]+3bipy+CoCl2?6H20+C12-[Co(bipy)3][BH(CN)3]3+3KCl
[0287]将溶于lOmL水中的 1. 194g(5. 018 毫摩尔)CoCl2 .6H20 与 2. 364g(15. 14 毫摩尔) bipy在16mL甲醇中的溶液混合在一起。反应混合物立即变成深棕色。在10分钟内,使 Cl2-气体鼓泡通过反应混合物20分钟。溶液变亮。在溶液的颜色不再变化以后结束氯气 的鼓泡。将残余(:1 2在真空下除去并将溶于15mL水中的1. 946g(15. 09毫摩尔)K[BH(CN) 3] 加入反应混合物中。黄色固体沉淀物在30分钟内从溶液中沉淀出来。将它过滤,用15mL水 洗涤并用50mLEt20洗涤2次。将产物在真空中在室温下干燥。收率为3. 00g(75% )。另 外量的产物及时从母液中沉淀出来。
[0288]产物[Co(bipy)3] [BH(CN)3]3的结果由NMR光谱确定。
[0289] NMR nB,S,ppm :
[0290] [BH(CN)3r:-40. 2d,97Hz,66Hz;
[0291]NMR8 ,ppm:
[0292] [BH(CN)3]-:1. 72q(nB),s印98Hz,1^= 33Hz;
[0293] [Co(bpy)3]3+:7.33d,d(6H),JH,H=5.8Hz,JH,H=0.8Hz;7.79d,d,d(6H),JH,H = 7. 7Hz,JH,H= 5. 9Hz,JH,H= 1. 5Hz;8. 52t,d(6H),JH,H= 7. 8Hz,JH,H= 1. 2Hz;8. 74d,d(6H), JH,H= 8. 1Hz,JH,H= 1. 2Hz;
[0294] NMR 13C,S,ppm :
[0295] [BH(CN) 3r: 128. 2q,d,1J11B,13C= 66Hz; 2JH,13C= 12Hz;
[0296] [Co(bpy)3]3+:128.Id,d,J13C,H= 175Hz,J13C,H= 7. 9Hz;132. 4d,d,d,J13C,H= 1
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