[发明专利]一种噻唑硫酮并三苯胺类光敏染料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机染料技术领域，具体涉及噻唑硫酮并三苯胺为电子供体、苯为桥链并连接吸电子基团的有机染料，以及该染料的制备方法。

背景技术

随着人类对能源需求的逐年增加以及温室效应等环境问题的出现，开发新的可再生能源受到了各国政府的高度重视。由于染料敏化太阳能电池的制造成本低、光电转换效率高、工艺简单，因此，这类电池是实验室基础研究以及工业应用开发的一个重点。

通常，染料敏化太阳能电池由导电基底材料(透明导电电极)、纳米多孔半导体薄膜、光敏染料、电解质和对电极等几部分组成。其中，光敏染料直接影响电池对光吸收效率，其性能的优劣决定电池的光利用效率和光电转换效率。

光敏染料可分为两大类：金属络合物和纯有机光敏染料。金属络合物以N3、N719和CYC-B11等一些多吡啶钌化合物为代表，其光电转换效率已经达到了11％，并表现出很好的稳定性。但是钌是贵金属，资源稀缺，这类光敏染料的发展应用受到了一定的限制。因而逐渐发展了不含贵金属的纯有机光敏染料，并且纯有机光敏染料光电转换效率也突破了10％。

有机光敏染料的主要结构特征为D-π-A结构，也就是所谓的电子供体-共轭桥链-电子受体结构，这种结构上的特征便于设计合成新光敏染料，可以调节光敏染料的吸收光谱范围，还可以调节光敏染料分子的HOMO和LUMO能级。

三苯胺单元容易氧化，并且具有优良的电荷传导能力和稳定性。近年来，研究表明三苯胺结构具有非常优异的光电功能，可作为有机光敏染料的电子供体部分。为了进一步提高供体的供电子能力以及拓宽光敏染料的吸收范围，可以向供体引入一些含氮、氧和硫等富电子杂原子的杂环，比如：二硫富瓦烯、四硫富瓦烯、吩噻嗪等。最近，环状脲和环状硫脲也被引入到电子供体中，达到了进一步增强三芳胺的供电子能力以及拓宽光敏染料吸收范围的效果(CN201210154785.9)。但是供体中相邻烷基的位阻作用引起供体的平面扭曲，这在一定程度上不利于电子从供体向受体传递，另外，这种扭曲在一定程度上破坏了分子的共平面性，从而光敏染料分子的光谱吸收范围变窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述有机光敏染料的缺点，提供一种电荷传导能力优良、稳定性好的噻唑硫酮并三苯胺类光敏染料，并为该染料提供一种操作简单、收率高的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是该光敏染料的结构式如下所示：

式中，R₁代表C₁～C₁₀烷基或C₂～C₁₀烯基。

上述噻唑硫酮并三苯胺类光敏染料的制备方法为：

1、制备式1化合物

以甲苯与蒸馏水的体积比为1:1的混合液为溶剂，将苯并噻唑硫酮、C₁～C₁₀的溴代烷烃或C₂～C₁₀的溴代烯烃、氢氧化钠、四丁基溴化铵按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.05～0.15，50～70℃反应10～14小时，分离纯化产物，得到式1化合物，其化学反应方程式如下：

2、制备式2化合物

以氯仿为溶剂，将式1化合物与液溴按摩尔比为1:0.5～0.6，60～80℃反应8～12小时，分离纯化产物，得到式2化合物，其化学反应方程式如下：

3、制备式3化合物

以甲苯为溶剂，在氮气保护下，将式2化合物、苯胺、叔丁醇钾按摩尔比为1:0.5～0.6:2～2.5，120～140℃反应20～30小时，分离纯化产物，得到式3化合物，其化学反应方程式如下：

4、制备式4化合物

以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，将式3化合物与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)按摩尔比为1:1～1.3，70～90℃下反应4～8小时，分离纯化产物，得到式4化合物，其化学反应方程式如下：

5、制备式5化合物

以四氢呋喃与水的体积比为4:1的混合液为溶剂，在氮气保护下，将式4化合物与对醛基苯硼酸、碳酸氢钠、四(三苯基磷)钯按摩尔比为1:1～1.3:1～1.3:0.04～0.06，50～70℃反应3～5小时，分离纯化产物，得到式5化合物，其化学反应方程式如下：

6、制备噻唑硫酮并三苯胺类光敏染料