[发明专利]一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物、制备方法和作染料敏化太阳能电池中染料敏化剂的应用。该染料分子结构是以苯并二噻吩衍生物(BDTT)或聚苯乙撑（PPV）作为电子给体（D），用过渡金属Cd(Ⅱ)与邻菲罗啉衍生物形成金属螯合物作为辅助电子受体单元(A)以增加了电荷的有效传输，碳碳双键作为π桥，氰基丙烯酸（CA）作为电子受体(A)和锚定基团。将电子给体和受体部分进行Yamamoto聚合反应，得到该类两种染料敏化剂PBDTT‑PhenCd和PPV‑PhenCd。本发明的优势在于该类染料在设计和合成上将无机、有机和高分子合理融为一体，光伏应用测试结果表明其具有较高的光伏性能：光电转化效率（η）达6.68%、低的成本和良好的光与热稳定性。

技术领域

本发明涉及一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物及其制备方法和作为染料敏化太阳能电池中染料敏化剂的用途，属于功能材料中太阳能电池光电材料领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池在和O’Regan在1991年研究发明以来不断取得进展，已经成为最具发展潜力的可再生与清洁能源的技术之一。染料敏化太阳能电池模仿光合作用原理，其中染料敏化剂(简称染料)承担着吸收太阳光以产生电子并传输电子的最重要功能，是影响染料敏化太阳能电池光伏性能的最关键的活性组成部分。染料敏化剂从分子结构上分为D-A型D-π-A型D-A’-π-A型，其中D-A’-π-A型染料是最新开发和最有发展潜力的结构类型，通过引入额外的辅助电子受体A，增强了染料的吸光响应，并使吸光范围向长波方向移动；辅助受体和主受体间的π桥在传递电子的同时，还能抑制电子复合以及暗电流的产生；所以D-A’-π-A型染料与其他类型相比，它具有更好的光、热稳定性和更高的光-电转换效率。总而言之，D-A’-π-A结构的染料有着明显的优势，如可以方便的调节染料能级，促进吸收带红移，并且电池的光伏性能明显得到改善，稳定性也有所提高。

本专利中邻菲罗啉并咪唑具有大的刚性结构，能与很多金属进行配位形成强的配位键而起拉电子作用，邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)配合物作为辅助电子受体，利于分子内电荷的转移，增大了染料的吸光程度；苯并二噻吩衍生物(BDTT)与苯乙撑(PV)是非常好的给体材料，而且形成的聚合金属配合物具有更大的π共轭结构，不仅有利于聚合金属配合物的空穴传输和电子传输，而且具有高的稳定性；Cd(Ⅱ)的辅助配体8-羟基喹啉衍生物作为π桥，氰基丙烯酸(CA)作为主电子受体(A)与锚定基团，有效的促进电子注入到TiO₂导带，增加了电荷的有效传输，有助于提高染料光电效率。

通过以上设计，有助于得到光-电转换效率较高、稳定性好的新型染料，是染料敏化太阳能电池中是染料敏化剂发展的一个重要的新方向。本发明在获得一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cu(Ⅱ)聚合金属配合物的基础上合成了新的一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物。

发明内容

本发明的目的：在于提供一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中用作为染料敏化剂的应用。通过Yamamoto聚合在邻菲罗啉并咪唑衍生物的配体中引入苯并二噻吩衍生物(BDTT)或苯乙撑(PV)给体，合成两个具有D-A’-π-A结构的聚合金属配合物PBDTT-PhenCd和PPV-PhenCd，并应用于染料敏化太阳能电池中做染料敏化剂。

本发明的技术方案是：一类含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物，其特征在于，该化合物具有D-A’-π-A结构，其通式如式1：

一类具有含邻菲罗啉并咪唑衍生物合Cd(Ⅱ)的聚合金属配合物PBDTT-PhenCd和PPV-PhenCd的制备方法：

(1)2-(2,5-二溴噻吩-3-基)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]菲罗啉的制备：