[发明专利]卟啉类化合物及其用途

说明书

技术领域：

本发明涉及一种卟啉类化合物及其用途。

背景技术：

伴随着人类社会和经济的快速发展，能源问题日益凸显。目前，世界上能源的主要来源还集中于传统的化石能源，如煤炭、石油、天然气等。然而这些资源的有限储量以及这些化石燃料的燃烧所带来的环境污染已成为制约可持续发展的严重问题。因此，人们迫切需要新的可替代的能源。染料敏化太阳能电池(B.O’Regan，M.Nature.1991，353：737-740)因其具有较高的光电转化效率，低成本，对环境友好等优势，具有潜在的实用价值。

染料敏化太阳能电池通常由纳米晶半导体电极，铂电极，染料敏化剂和氧化还原电解质等组成，其中宽光谱、高摩尔消光系数的染料敏化剂是染料敏化太阳能电池中的关键部分，它直接决定了电池的性能。到目前为止，光电转化效率最高的敏化剂是联吡啶钌配合物(约11％)，但其制备和提纯过程比较复杂，而钌本身又是贵重金属，来源比较困难，成本很高。因此，寻找和发展原料广泛、成本低、制备简单、具有良好应用性的非贵金属敏化剂成为当前研究的重要课题。卟啉化合物作为光合作用的中心、生命体内携氧载体以及生物酶催化的重要组成部分，在能量转移方面有着优异的效果。卟啉环是大π环电子离域体系，具有很好的刚性结构和很高的摩尔消光系数，更为重要的是卟啉具有四个meso-位和八个β-位，这些位置具有很好的反应活性，可以进行各种化学修饰用以改变卟啉自身的光电性质。因此设计合成新型的卟啉类太阳能电池敏化材料成为当前研究的重要内容。

发明内容：

本发明的发明人以卟啉环作为共轭单元，并对该共轭单元进行化学修饰(即连接上不同数目、不同种类的供电子基团和吸电子基团)后获得的一类卟啉类化合物。发明人发现，该卟啉类化合物在光照条件下可以由基态跃迁至激发态，分子处于激发态时电子很容易转移，从而具将光能转化为电能的潜在性能，可以作为染料敏化太阳能电池的光敏剂。

此外，本发明人设计合成的这一类卟啉化合物，一边是多个不同种类的供电子基团(Donor)，一边是吸电子基团(Acceptor)，形成了一个(Donor)n-π-Acceptor结构，这种结构可以有效的实现电荷分离，增强电子注入能力；供电子基团和卟啉环不共平面，有效的降低其堆积程度，提高了光电转化效率。这类卟啉化合物易于制备，对环境友善，色泽翠绿明亮极具美感、成本较联吡啶钉配合物要低，有效的降低了染料敏化太阳能电池的造价。

本发明所说的卟啉类化合物具有式I所示结构：

式I中，R₁为六元芳环基或取代的六元芳环基；R₂为氢基(-H)，六元芳环基或取代的六元芳环基；R₃为氢基或二价金属离子，氢基个数为两个，金属离子个数为一个；

其中：所说的取代的六元芳环基为式II或式III所示基团：

式II和式III中：R₄和R₅分别选自H、C₁～C₂₀的烷基、苯基、有C₁～C₁₂烷基取代的苯基或有C₁到C₁₂烷氧基取代的苯基中的一种；R₆，R₇和R₈分别选自H、叔丁基、C₁～C₂₀的烷基或C₁到C₂₀的烷氧基中的一种；曲线表示取代位置。

在本发明一个优选的技术方案中，R₁为苯基或取代的苯基中一种；

更优选的R₁为取代的苯基；

其中所说的取代的苯基为式II所示的基团，且R₄和R₅分别为苯基、有C₁～C₆烷基取代的苯基或有C₁到C₆烷氧基取代的苯基；

最佳的R₁为式Ⅳ或式V所示基团中的一种：

式IV或式V中，曲线的含义与前文所述相同。

本发明的另一个优选技术方案中，R₂为氢基，苯基或取代的苯基；

更优选的R₂为氢基或取代的苯基；