[发明专利]一种基于四噻吩并吡咯的有机染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于四噻吩并吡咯的有机染料及其制备方法和应用。

背景技术

寻求可高效利用且对环境友好的可再生能源已成为21世纪世界各国的共同目标。太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优点。染料敏化太阳能电池是模拟光合作用，基于纳米技术发展起来的一种新型太阳能电池(O’Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737.)，具有利用效率高、工艺简单、成本低廉等特点。

染料敏化太阳能电池主要包括纳米多孔TiO₂半导体薄膜、光敏染料、电解质和对电极四个部分。其中，光敏染料起到了光捕获的作用，其捕获光子能力的强弱将对电池效率的高低起到重要的影响；此外，染料的构型以及在TiO₂薄膜上的吸附姿还会影响电池工作中界面上的电子转移过程，此过程决定了光生电子的注入效率和收集效率。因此，围绕着光敏染料的研究一直是本领域的工作重心。光敏染料主要包括三类：贵金属钌基染料、锌卟啉染料和纯有机染料。其中，钌基染料和卟啉染料复杂的合成分离过程、昂贵的制备成本以及环境污染等问题都限制了它们未来产业化的应用。相比之下，纯有机光敏染料具有成本低廉、摩尔消光系数高、分子结构修饰更加灵活等特点，为染料分子的设计提供了更广阔的探索空间。

有机染料一般遵循“电子给体（Donor）-共轭桥（π-Bridge）-电子受体（Acceptor）”结构特征，这种构型有利于光生电子的传递与分离，使染料具备优异的性能。其中，通过修饰和开发新型的共轭桥是提高电池效率一种非常有效的策略。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于四噻吩并吡咯的有机染料及其制备方法和应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于四噻吩并吡咯的有机染料，以四噻吩并吡咯为共轭桥，具有如下所示结构通式：

式中，R₁为H或C₁~C₁₂烷氧基；R₂为C₁~C₁₂烷基；R₃为C₆~C₃₀芳环基或芳杂环基。

所述R₁优选为H或C₁~C₆烷氧基。

所述R₂优选为C₁~C₆烷基；进一步优选为正己基。

所述R₃优选为C₆~C₃₀芳环基；进一步优选为或，式中，R₄为C₁~C₆烷氧基，R₅为为C₃~C₆烷基。

所述R₃再进一步优选为或。

所述基于四噻吩并吡咯的有机染料更进一步优选为

。

本发明进一步改进方案为：

一种基于四噻吩并吡咯的有机染料的制备方法，包括如下步骤：以二溴噻吩衍生物（a）为起始原料，与芳胺偶联关环反应得式（b）化合物，式（b）化合物分别经Vilsmeier-Haack反应和溴化反应得式（d）化合物，式（d）化合物与三苯胺硼酯（e）偶联得式（f）化合物，式（f）化合物经过Knoevenagel缩合反应得基于四噻吩并吡咯的有机染料；化学反应方程式如下：

。

具体步骤如下：

步骤一，式（b）化合物的合成：

在惰性气体保护下，将二溴噻吩衍生物、叔丁醇钠、三（二亚苄基丙酮）二钯、1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦、芳胺和无水甲苯加到反应容器中，加热到60~120 ℃反应4~16 h得到式（b）化合物，其中化合物用量以物质的量计，二溴噻吩衍生物:叔丁醇钠:三（二亚苄基丙酮）二钯:1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦:芳胺=1:2~8:0.02~0.1:0.06~0.3:0.8~1.5；

步骤二，式（c）化合物的合成：