[发明专利]三联吡啶类钌配合物、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及三联吡啶类钌配合物、制备方法及其作为光敏染料在制备染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳电池作为一种新型的光伏电池，由于成本低、效率高等优点，有着广泛的应用前景。由于光敏染料在染料敏化太阳电池中起着收集能量的作用，其性能直接影响到电池的光电转换效率。

钌最外层具有4d⁷5s¹结构，其离子常见价态为Ru(I)、Ru(II)和Ru(III)，并易于形成六配位的配合物。钌配合物由于具有热力学稳定性好、光化学光物理信息丰富、激发态反应活性高和寿命长及发光性能良好等特性。钌染料敏化太阳电池不仅具有较高的光电转换效率，而且与硅伏电池相比，造价较为低廉，因此目前得到了广泛的研究。

为了更大地提高钌染料敏化太阳电池的光电转换效率，文献中多采取增加长的烷基链、增加共轭基团以及引入给电子基团等方法修饰优化染料的结构，但是这些方法势必增加染料的合成与纯化的难度。 

发明内容

本发明的目的在于提供三联吡啶类钌配合物、制备方法及其作为光敏染料在制备染料敏化太阳电池中的应用。

本发明所采取的技术方案为：

三联吡啶类钌配合物，是以硫氰酸为强给电子配体，羧基联吡啶为含吸附基团的配体，三联吡啶衍生物为辅助配体的钌配合物，其化学结构通式如下： 

式中，R₁～R₃中的至少一个为取代基团，其余的为氢。

优选的，所述R₁为取代基团，R₂ 和R₃独立地为氢或取代基团，且当R₁～R₃中有多个取代基团，其取代基团均相同。

优选的，所述取代基团为卤素、硝基、烷基中的一种。

优选的，所述取代基团为氟、氯、溴、硝基、甲基中的一种。

优选的，所述R₁为氟，R₂ 和R₃独立地为氢或氟，或R₁为氯、溴、硝基、甲基中的一种，R₂和R₃为氢。

上述的三联吡啶类钌配合物的制备方法，步骤如下：

1)      将含取代基的苯甲醛溶解于乙醇中制成溶液，向该溶液中依次加入2-乙酰吡啶、氢氧化钾和氨水，搅拌，过滤，洗涤，重结晶，得三联吡啶衍生物；

2)      将三联吡啶衍生物溶解于乙醇中制成溶液，搅拌下向该溶液中加入RuCl₃·3H₂O，回流反应，过滤，洗涤，干燥，得到产物1；

3)      向反应器中加入产物1、4,4-二羧基-2,2-联吡啶、氯化锂、DMF，得混合物，将混合物升温至130～150 ℃，在氮气保护下搅拌，再加入硫氰酸铵，回流反应，冷却至室温，旋干溶剂，加水，过滤，固体干燥后重结晶，得三联吡啶类钌配合物。

优选的，含取代基的苯甲醛为含卤素取代基的苯甲醛、含硝基取代基的苯甲醛、含烷基取代基的苯甲醛。

优选的，含取代基的苯甲醛为对氟苯甲醛、3, 4-二氟苯甲醛、3,4,5-三氟苯甲醛、对硝基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲基苯甲醛中的任一种。

优选的，步骤1）含取代基的苯甲醛、2-乙酰吡啶摩尔比为1：1～4；

步骤2）三联吡啶衍生物、RuCl₃·3H₂O的摩尔比为1：1～3；

步骤3）产物1、4,4-二羧基-2,2-联吡啶和硫氰酸铵的摩尔比为1：1～2：20～50。

上述的三联吡啶类钌配合物在染料敏化太阳电池中的应用。

上述三联吡啶类钌配合物制备方法中，步骤1）的反应式如下：

步骤2）的反应式如下：

步骤3）的反应式如下：

本发明设计合成的三联吡啶类钌配合物，硫氰酸为强给电子配体，羧基联吡啶为含吸附基团的配体的钌配合物，三联吡啶衍生物为辅助配体，R₁、R₂、R₃中的取代基为辅助配体的修饰基团，在制备染料敏化太阳电池中，羧基联吡啶作为含吸附基团的配体，与TiO₂键合，提供电子通道。