[发明专利]一种苯并咪唑衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂及其制备方法与用途

说明书

本发明涉及式1所示的一种D(‑A‑π‑A)₂型苯并咪唑衍生物与8‑羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂(BDTT‑bi‑Cd)及其制备方法与用途。该染料敏化剂是以含有辅助电子受体(A)、π桥、主电子受体(A)和锚定基团等功能团的苯并咪唑与8‑羟基喹啉衍生物合镉配合物通过Heck偶联反应与电子给体(D)苯并二噻吩联二噻吩（BDTT）反应合成的D(‑A‑π‑A)₂配合物。实验以BDTT‑bi‑Cd为染料敏化剂的染料敏化太阳能电池光伏性能测试表现出较好的效果：光电转化效率（PCE）达到8.40%，染料热分解温度达到了320℃以上，热稳定性高，能满足光伏材料的需求，这将在染料敏化太阳能电池的开发应用方面具有一定的前景。式1 配合物BDTT‑bi‑Cd的结构。

技术领域

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池光电敏化材料的苯并咪唑衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂及其制备方法与用途，属于新材料中的光电材料领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池（DSSCs）因成本低、转化效率高、可再生等优势吸引了全世界范围内广泛的关注与深入研究。染料敏化剂通过电子激发、吸收光谱、分子内电荷传输效率等影响电池的性能，是染料敏化太阳能电池最关键核心部分。通常改变给体(D)推电子能力与受体(A)的拉电子能力以及调节两者之间的平衡是优化染料敏化剂光伏性能的主要途径。染料分子结构一般包括D-A、D-π-A、D-A-π-A等，其中D-A-π-A是公认高效稳定的构型，因为在经典D-π-A型染料中引入辅助受体(A)可以促进分子间的电荷转移，进一步改善染料的吸光性能。本发明以D-A-π-A为结构基础，以镉配合物为辅助受体(A)、π桥与吸电子基团和锚定基团，设计合成了D (-A-π-A) ₂型镉(Cd)配合物染料，有望通过改善和调节分子中电子受体(A)的吸电子能力以有效降低染料分子内LUMO与HOMO能级间能量间隙、拓宽吸光范围与增强电子传输以得到良好的光电效率。

发明内容

本发明目的是为提供和制备一种以苯并咪唑衍生物配合物做辅助电子受体(A)、苯并二噻吩联二噻吩(BDTT)做电子给体(D)，通过Heck偶联反应合成具有D (-A-π-A) ₂结构的应用于染料敏化太阳能电池中的镉(Cd)配合物染料敏化剂。该配合物具有良好的吸光能力，光电转化效率达到了8.40%，热稳定性良好。其结构通式如下：

式1 配合物BDTT-bi-Cd的结构

一种苯并咪唑衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂 (BDTT-bi-Cd)制备方法:

(1).2-氰基-3-(8-羟基喹啉-5-基)丙烯酸的合成：将5-甲酰-8-羟基喹啉和氰基乙酸放入三口烧瓶中，加入乙腈溶剂，搅拌至溶解，再加入冰醋酸，最后滴入哌啶，加热至85℃，反应24 h以上，停止反应，等到反应液冷却至室温时，将反应混合物倒入单口烧瓶旋转蒸发至近饱和，于0 ℃下冷却12 h以上，使产物沉淀析出，过滤，干燥，得粗产物，粗产物用25%的乙醇重结晶三次以上，得橘黄色目标产物；

(2). 5-氯甲基水杨醛的合成：将多聚甲醛放于三口瓶中，缓慢加入浓盐酸，充分搅拌均匀后，缓慢滴加水杨醛，在室温下搅拌48 h以上，过滤并用饱和碳酸氢钠溶液洗涤至弱碱性，然后用蒸馏水反复洗至中性，干燥得到白色粗产物，用石油醚（60-90 ℃）重结晶，得到白色针状固体；

(3). 5-乙烯基水杨醛的合成：取5-氯甲基水杨醛和三苯基膦于圆底烧瓶中，加溶剂苯将其溶解，回流反应1 h以上，冷却，过滤并将粗产物用少量乙醚分三次洗涤，得白色粉末状固体，m.p. 253-254 ℃。上述膦盐干燥后直接进行Witting反应，取膦盐于三口瓶中，加入37%的甲醛水溶液，在剧烈搅拌下，缓慢滴入NaOH溶液，边滴加需控制反应体系温度不超过40 ℃，常温搅拌4 h以上，反应后，用氯仿萃取三次以上，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，旋去溶剂得粗产物，用石油醚/乙酸乙酯=20-10:1(v/v)为洗脱剂进行硅胶过柱纯化，得到淡黄色固体；