[发明专利]一种以联五元环为中心的对称染料分子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种以联五元环为中心的对称染料分子的制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的太阳能电池，首先是在1991年由瑞士科学家Michael Gratzel和Brian O’Regan发明的。它具有结构简单、成本低廉、易于制造等优点，对光强度变化和温度变化不敏感，光电转化效率较高，光稳定性好，对环境无污染。在染料敏化太能能电池中，染料敏化剂起着收集能量的作用，类似于叶绿素和胡萝卜素在自然界光合作用中的作用，染料敏化剂的性能好坏直接影响到DSSC的光电转化效率。简单来说性能优越的光敏剂必须具备三个基本条件：整个可见光谱内必须具有较大的吸收以便于得到最大的光电转换；激发态必须具备足够的势能，把电子注入到导带中去；较好的功能团，使染料能有效的粘附在半导体表面。

经过了20多年的研究，光敏染料的研究取得了很大的进展，目前主要有金属配合物染料和纯有机染料两大类。金属配合物染料是在吸收太阳光后产生金属中心到配体的电子跃迁并将电子注入到光阳极的半导体导带中。这类染料主要包括多吡啶配合物，酞菁类和卟啉类配合物，其中研究最深入的是钌的配合物。而纯有机染料敏化剂吸收太阳光后，是通过内分子的π-π^*电子跃迁将电子注入到半导体导带中。纯有机染料主要包括香豆素类，多烯类，咔唑类，芴类，吲哚类，三苯胺类等染料。但是现有的有机染料由于其光电转化效率有限，且制备过程复杂，价格昂贵。基于此，本专利设计了一类以联五元环为中心的对称染料分子。

发明内容

为了实现上述需求，本发明的目的是提供一种以联五元环为中心的对称染料分子及其制备方法。本发明通过在外围引入强给电子基团与强极性的吸电子基团，并选择新型的联五元环为对称中心，极大地增强了分子的共轭性。所制备的染料分子由于具有相当好的热稳定性，化学稳定性，在可见光范围内具有非常宽的吸收范围，可应用于染料敏化太阳能电池中，并可表现出良好的光电转化性能，在能源开发利用方面具有很大的应用前景并且在光电器件的应用方面也具有巨大的潜力。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种以联五元环为中心的对称染料分子，其特征在于通过在外围引入强给电子基团与强极性的吸电子基团，并选择新型的联五元环为中心，极大地增强了分子的共轭性。所述的染料分子具有通式(1)结构：

其中R1(n为1-18的整数)为：

R2为：

本发明的另一目的是提供上述以联五元环为中心的化合物的制备方法，该方法具有如下步骤：

(1)将2,5-二溴苯胺溶解于适量的冰醋酸中，并滴加一定量的浓硫酸。将混合物降温至零摄氏度，逐滴滴加NaNO₂水溶液。搅拌一段时间后再逐滴滴加一定量的尿素水溶液。一段时间后再逐滴滴加KI水溶液，并在室温下搅拌一段时间。萃取柱层析后得到白色固体。

(2)将适量的2,5-二溴苯碘与一定量的通式中的连接有端炔基的R1分子溶于适量的四氢呋喃与三乙胺的混合溶液中，通氩气超声一段时间，加入适量的催化剂三苯基膦二氯化钯，碘化亚铜。常温反应一段时间后柱层析分离提纯得到白色固体。

(3)将适量的(2)中的产物溶于一定量的1,4-二氧六环中，通氩气超声1小时，然后加入适量的对苯二酚，Cs₂CO₃，CsF，Pd₂(dba)₃，P(tBu)₃升温至一定温度搅拌反应。柱层析分离提纯得到白色固体。

(4)将适量的(3)中的产物与一定量的通式中的R2分子溶于适量的四氢呋喃与三乙胺的混合溶液中，通氩气超声一段时间，加入适量的催化剂三苯基膦二氯化钯，碘化亚铜。一定温度下反应一段时间后柱层析分离提纯得到白色固体。

本发明中染料分子的有益效果为：

1)本发明中所合成的分子具有廉价，高效，合成方法简单，反应产率高等特点。并且所合成的分子具有相当好的热稳定性和化学稳定性；

2)该染料电子云富集的芳香内核之间具有很强的π-π共轭相互作用可能使材料在在光电器件的应用方面具有巨大的潜力；

3)本发明中所合成的分子以新型的联五元环为刚性中心，通过在四周引入含有强给电子基团与强吸电子集团的对称结构扩展了染料的相应范围，大幅提高了光电转换效率。

附图说明

图1是所设计分子的合成路线图；