[发明专利]含苯并噻二唑单元的吲哚啉类染料及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一类含苯并噻二唑单元的吲哚啉染料制备及其用途。

背景技术

伴随着工业文明的进步，不可再生的化石燃料，如煤、石油和天然气等资源日益枯竭，由此引发的能源危机和环境污染已成为当今全世界共同面临的严重问题。因此，人们迫切需要寻找一种新的、并且最好可再生的能源。其中太阳能是最具有潜力的可再生能源。相比于传统的无机硅太阳能电池，新型的基于纳米材料的染料敏化太阳能电池(B.O’Regan，M.Nature，1991，353，737-740)，因其低成本，更具有潜在的实用价值。

迄今，基于贵金属钌作为敏化染料的电池，其光电转化效率已达到了10％以上(M.K.Nazeeruddin，et al.，J.Am.Chem.Soc.，2005，127，16835-16847)。但其存在的缺陷是：1)钌在地球上的储量并不大，最终会像化石燃料一样枯竭；2)钌染料的制备过程非常复杂，难以大规模低成本的生产；3)钌染料对太阳光的吸收是基于MLCT机理，这导致其摩尔消光系数较小，不利于对太阳光的捕获；4)正是由于前面一点，高效率的钌染料电池需要较厚的TiO₂膜，这不利于将来可实用化的准固态或全固态超薄膜电池。这些问题限制了基于钌染料的染料敏化电池的商业化应用。

因此，以低成本、高消光系数和不含贵金属的纯有机染料作为该类电池的敏化剂(IonicLiquids as Green Solvents：Progress and Prospects(Ed：R.D.Rogers)，American Chemical Society，Washington，DC 2003)，取代钌染料敏化电池的研究倍受科学家们的关注。

发明内容

本发明目的之一在于，提供一类含苯并噻二唑的吲哚啉类染料；

本发明目的之二在于，提供一种上述吲哚啉类染料的用途。

本发明所说的吲哚啉类染料，其具有式(I)所示结构：

式(I)中：R₁为C₁～C₁₂烃基，R₂为二价共轭的芳环基或芳杂环基，R₃为氢(H)、金属阳离子或非金属阳离子的一种。

其中所述二价共轭的芳环基或芳杂环基是指：共轭的芳环或芳杂环被二取代后的剩余部分，所述的共轭不仅指在所述的芳环基或芳杂基环内形成共轭，而且与其取代的基团也形成共轭。

在本发明的一个优选技术方案中，R₁为C₁～C₆烷基，更优选的R₁为C₁～C₃烷基，最佳的R₁为甲基。

在本发明的另一个优选技术方案中，R₂为二价共轭的6元芳环基或5～6元芳杂环基，所述二价共轭的5～6元芳杂环基中的杂原子为N或S，杂原子个数为1～2；

更优选的R₂为二价的苯基或二价共轭的5元芳杂环基，所述二价共轭的5元芳杂环基中的杂原子为N或S，杂原子个数为1；

进一步优选的R₂为二价的苯基或噻吩基；最佳的R₂为式(i)或式(ii)所示基团：

式(i)和式(ii)中的曲线表示取代位置。

在本发明又一个优选技术方案中，R₃为氢(H)。

一种制备本发明所述的吲哚啉类(光敏)染料的方法，其合成路线如下所示：

所述方法的主要步骤是：以取代的溴代吲哚啉[式(Ⅱ)所示化合物]为起始原料，其首先与4，7-二溴苯并噻二唑进行Suzuki反应得式(Ⅲ)所示化合物，然后由式(Ⅲ)所示化合物与(OH)₂B-R₂-CHO(硼酸衍生物)进行Suzuki反应得式(Ⅳ)所示化合物，最后由式(Ⅳ)所示化合物与氰基乙酸经Knoevenagel缩合反应得目标物[式(Ⅰ)所示化合物]。

附图说明

图1为化合物(I a)在氯仿溶液(2×10^-5摩尔/升)中的紫外-可见光吸收谱图；

图2为化合物(I a)吸附在二氧化钛膜上的紫外-可见光吸收规一化谱图；

图3为以化合物(I a)为敏化剂的染料敏化太阳能电池的I-V曲线图。

具体实施方式

一种制备本发明所述的吲哚啉类(光敏)染料的方法，包括如下步骤：