一种亚胺衍生物与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与流程

[0001]
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亚胺衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物燃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：

[0002]
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。


技术实现要素：

[0003]
本发明目的是为提供和制备一种以亚胺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8.82%，热稳定性良好；其结构通式如下：一种亚胺衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂 (bdtt-pcd)制备方法:(1). 5-甲酰-8-羟基喹啉的合成：称取 8-羟基喹啉加入三口烧瓶中，倒入无水乙醇搅拌溶解；量取chcl3缓慢滴加，滴加完毕后加入十六烷基三甲基溴化铵(ctmab)作为相转移催化剂，搅拌30 min以上，室温下缓慢滴加naoh溶剂，注意控制滴加速度，防止因升温而暴沸；滴加完后搅拌一小时，将体系加热至78 ℃反应12 h以上；旋转蒸发除去溶剂，将黑色粘稠固体倒入蒸馏水中，用10%的稀盐酸将ph调至约5.0，将混合物抽滤所得的土黄色固体粗产物干燥完全；干燥后的固体研磨细，用石油醚抽提12 h以上，再用无水乙醇重结晶，得到
淡黄色固体.(2). 5-甲酰-8-对甲苯磺酰氧基喹啉的合成：将5-甲酰-8-羟基喹啉加入三口烧瓶中，量取chcl3加入，搅拌溶解后，缓慢滴入少量三乙胺，搅拌1 h以上，将对甲苯磺酰氯溶于 ch2cl2，冰浴条件下，缓慢滴加到体系中，搅拌1 h后，将体系转移到室温继续反应12 h以上；依次用蒸馏水和饱和nahco3溶液充分洗涤混合液多次，收集有机层，无水mgso4干燥过夜，过滤，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥后得到土黄色固体.(3)
ꢁ
(3). 5-乙烯基-8-羟基喹啉的合成：称取 5-甲酰-8-对甲苯磺酰氧基喹啉和甲基三苯基溴化膦放入烧瓶中，加入精制四氢呋喃搅拌溶解后，缓慢加入少量nah，氮气保护下加热至67 ℃，反应12 h以上。冷却至室温，依次缓慢加入蒸馏水和甲醇，用ch2cl2萃取，收集的有机层用无水mgso4干燥过夜，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到黄绿色粗产物，粗产物经过硅胶过柱纯化；(sio2，石油醚/ ch2cl2，20-10/1，v/v)，得到淡黄色固体产物； (4). 2-氰基-3-(8-羟基喹啉-5-基)丙烯酸的合成：将称取好的5-甲酰-8-羟基喹啉和氰基乙酸放入三口烧瓶内，加入乙腈，搅拌使其溶解后依次加入冰醋酸和25滴哌啶，加热至85 ℃反应24 h以上。旋转蒸发使混合物接近饱和，在0 ℃冷却至产物沉淀析出，过滤干燥后粗产物用25%的乙醇重结晶至少三次，得橘黄色固体. (5). 5-氯甲基水杨醛的合成：取多聚甲醛于三口瓶中，慢慢加入浓盐酸，充分搅拌后缓慢滴加水杨醛，室温搅拌48 h以上，过滤得到的白色固体，用饱和碳酸氢钠溶液洗至弱碱性，再用蒸馏水反复洗至中性，干燥后粗产物用石油醚 (60~90℃) 重结晶，得到白色针状固体.(6). 5-乙烯基水杨醛的合成：在三口瓶中加入5-氯甲基水杨醛和三苯基膦，加苯溶解，回流反应1 h以上，冷却后过滤，所得固体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用于witting反应，取膦盐于三口瓶中，加入甲醛水溶液，剧烈搅拌下，缓慢滴入naoh溶液，滴加时控制体系温度不超过40 ℃，常温继续搅拌4 h以上，反应混合物用氯仿萃取，无水硫酸钠干燥后过滤并去溶剂得到粗产物，用硅胶过柱进一步纯化，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯=20-10:1(v/v)，得到淡黄色固体.(7). 2-((苯亚胺基)甲基)-4-乙烯基苯酚的合成：称取5-乙烯基水杨醛和苯胺，加入三口瓶中，量取无水乙醇加入搅拌至溶解后，加热至80℃反应12 h以上。冷却至室温，旋转蒸发除去溶剂，收集析出的橙黄色固体粗产物，用冷的无水乙醇洗涤数次，得到橙黄色固体产物.(8). 含cd配合物(pcd)的合成：称取2-((苯亚胺基)甲基)-4-乙烯基苯酚和2-氰基-3-(8-羟基喹啉-5-基)丙烯酸加入三口烧瓶中，量取四氢呋喃加入，搅拌使其溶解，将cd(ch3coo)2·
2h2o溶解于甲醇后用恒压滴液漏斗缓慢滴加至烧瓶中，滴加完后，测试ph，保持ph为弱酸性，必要时用冰醋酸或氨水调节ph。回流反应12 h以上。待降至室温后过滤，沉淀物用去离子水和无水乙醇洗涤数次，再用无水甲醇重结晶，真空干燥完全后得到黄色固. (9).偶联金属配合物 (bdtt-pcd) 的合成：偶联物(bdtt-pcd)是根据heck偶联反应合成的；称取pcd ，2,6-二溴-4,8-二(5-(2-乙基辛基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(bdtt)，催化剂醋酸钯(pd(ch3coo)2)和三(2-甲苯基)膦，然后加入精制的dmf溶剂，以及干燥过的三乙胺，在氮气保护下，将温度升高到90 ℃反应48 h以上。停止反应后，将体系静置到室温，过滤，并用无水甲醇洗涤数次，得到的产物为黄色固体。
附图说明
[0004]
图1 本发明实施例合成的配体5-甲酰-8-羟基喹啉的核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图2 本发明实施例合成的配体5-甲酰-8-对甲苯磺酰氧基喹啉核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图3 本发明实施例合成的配体5-乙烯基-8-羟基喹啉核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图4 本发明实施例合成的配体2-氰基-3-(8-羟基喹啉-5-基)丙烯酸核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图5 本发明实施例合成的配体5-氯甲基水杨醛核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图6 本发明实施例合成的配体 5-乙烯基水杨醛核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图7 本发明实施例合成的配体2-((苯亚胺基)甲基)-4-乙烯基苯酚核磁共振氢谱（1hnmr)（400mhz，cdcl3，tms）；图8 本发明实施例合成的含cd配合物(pcd)红外光谱ftir(kbr，cm-1
)；图9 本发明实施例合成的bdtt-pcd红外光谱ftir(kbr，cm-1
)；图10本发明实施例合成的化合物bdtt-pcd的紫外-可见吸收光谱(uv-vis)；图11 本发明实施例合成的化合物bdtt-pcd的热重分析(tga)曲线(tga) (25-800℃，n2)；图12 本发明实施例合成的化合物bdtt-pcd作染料敏化剂的染料敏化太阳能电池的电流密度-电压 (j-v)曲线；图13本发明实施例合成的化合物bdtt-pcd作染料敏化剂的染料敏化太阳能电池的外量子效率(ipce)曲线。
具体实施方式
[0005]
本发明的化合物的反应合成路线为：
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明.实施例1：一种亚胺衍生物与8-羟基喹啉衍生物合镉配合物染料敏化剂 (bdtt-pcd).其分子结构式为：上述镉的配合物bdtt-pcd的制备方法:a. 5-甲酰-8-羟基喹啉的合成称取25 g (0.172 mol) 8-羟基喹啉加入500 ml 三口烧瓶中，倒入100 ml无水乙醇搅拌溶解。量取25 ml chcl3缓慢滴加，滴加完毕后加入0.1 g (0.3 mol) 十六烷基三甲基溴
7.24%；i. 偶联金属配合物(bdtt-pcd)的合成偶联物(bdtt-pcd)是根据heck偶联反应合成的。称取pcd (0.172 g，0.3 mmol)，2,6-二溴-4,8-二(5-(2-乙基辛基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(bdtt) (0.11 g，0.15 mmol)，催化剂醋酸钯(pd(ch3coo)2, 0.0021 g, 0.0094 mmol)和三(2-甲苯基)膦 (0.018 g, 0.06 mmol)，然后加入精制的dmf溶剂8 ml，以及干燥过的三乙胺 (3 ml)，在氮气保护下，将温度升高到90 ℃反应48 h；停止反应后，将体系静置到室温，过滤，并用无水甲醇洗涤数次，得到的产物为黄色固体0.139 g，产率53%。ftir (kbr, cm-1
): 3405 (o-h), 2920, 2846 (c-h), 2205 (c≡n), 1598 (c=n), 1557 (c=c), 1095 (c-o-cd), 488 (n-cd).anal. calcd. for [c
90
h
76
n6o8s4cd2]: c, 62.75; h, 4.45; n, 4.88; s, 7.45. found: c, 62.98; h, 4.58; n, 4.91; s, 7.44%. mn =1.71 kg/mol；实施例2：测定聚合金属配合物染料bdtt-pcd的热重分析(tga)曲线，方法：sdtq600的热重分析仪，n2保护下以20℃/min的升温速度进行测试，测试结果如图11。
[0006]
实施例3：j-v曲线测试光源为氙灯模拟的光强100 mw/cm2的am 1.5 g的太阳光，通过keithley 2400 数字源表改变电压并记录电流随电压的变化值；ipce测试由oriel cornerstone单色仪提供光源，在短路条件下测得，波长的测试间隔为10 nm。染料敏化剂太阳能电池(dssc)的有效工作面积为0.25 cm2；测定以聚合金属配合物bdtt-pcd为染料敏化剂的染料敏化太阳能电池的性能参数和光电转换效率，其电池电流密度-电压(j-v)曲线如图12，电池外量子效率(ipce)曲线如图13；表一是它们的光伏性能和光电转换效率测试结果.表1 基于镉(cd)配合物染料敏化剂太阳能电池的光伏性能数据

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除