一種n-苯基咔唑類化合物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種N-苯基咔唑類化合物及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料敏化太陽能電池（DyeSensitizedSolarCell，DSSC)憑借其成本低、可弱光 發(fā)電、光電轉(zhuǎn)化率不受溫度影響等特點(diǎn)，極有希望替代硅半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換部件，成為下一代 實(shí)用型高性能太陽能電池。染料敏化劑是DSSC中決定可見光吸收和光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵 結(jié)構(gòu)材料，具有結(jié)構(gòu)易設(shè)計(jì)修飾和加工、成本低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
[0003] 國內(nèi)外染料敏化劑的研宄主要分兩類，一類為有機(jī)金屬配合物，第二類為非金屬 有機(jī)染料，具有摩爾吸光系數(shù)高、吸收光譜寬和可通過結(jié)構(gòu)修飾調(diào)變產(chǎn)生優(yōu)良電化學(xué)性能 等優(yōu)點(diǎn)，是近年來染料敏化劑的研宄熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的非金屬有機(jī)染料敏化劑的結(jié)構(gòu)通式為 "給體-JT共軛橋-受體"（Donor-JrBridge-Acceptor，D-Jr-A)。如果在原有D-Jr-A結(jié) 構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)受體或給體，不僅可以擴(kuò)大共軛體系，促進(jìn)有機(jī)敏化色素分子吸 收光譜紅移，同時(shí)相較于共軛橋的擴(kuò)大而言更有利于有機(jī)敏化色素分子的穩(wěn)定性。例 如，朱為宏等于吲哚啉類敏化色素分子中引入苯并唑類等吸電子雜環(huán)，設(shè)計(jì)合成了一系列 D-A-Jr-A型吲哚啉雙受體敏化色素，獲得了具有較高短路電流和開路電壓的WS-2,其效 率達(dá)9.04%;Kim等則引入苯并噻二唑作為額外受體，報(bào)道了雙受體型香豆素類敏化色素 HKK-CM4,總效率為 5. 97%。
[0004] 咔唑及其衍生物具有較好的吸收和發(fā)射光譜，較優(yōu)的空穴傳輸能力和較寬的能 級，被廣泛應(yīng)用于電致發(fā)光、非線性光學(xué)和光折射材料。同時(shí)咔唑作為一種優(yōu)良的電子給 體，被應(yīng)用于染料敏化劑的設(shè)計(jì)開發(fā)中。不少文獻(xiàn)設(shè)計(jì)合成了一系列咔唑類染料敏化劑，其 最優(yōu)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9. 20%。另外，咔唑也被用作額外給體，與三芳胺或香豆素給體相結(jié) 合，設(shè)計(jì)合成雙給體類染料敏化劑，獲得較好的光電轉(zhuǎn)換效率(最高5. 53%)。但咔唑類雙受 體染料敏化劑的設(shè)計(jì)合成鮮有報(bào)道。本發(fā)明以N-苯基咔唑?yàn)榻o體，苯為橋鍵，苯并噻二唑 為中間受體，氰乙酸或羅丹寧乙酸為錨合受體，設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)新的N-苯基咔唑雙受體染 料敏化劑。目前，尚無文獻(xiàn)報(bào)道該結(jié)構(gòu)的太陽能電池應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種N-苯基咔唑類化合 物的制備及應(yīng)用，本發(fā)明主要將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。
[0006] 所述的一種N-苯基咔唑類化合物，其特征在于包括如式（I)、式（II)所示的化合 物I和化合物II:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. ー種N-苯基咔唑類化合物，其特征在于包括如式（I)、式（II)所示的化合物I和化 合物II:
2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于包括如下 步驟： 1) 所涉及的反應(yīng)原料化合物III、化合物IV及化合物V分別如式(III)、式(IV)和式（V) 所示：
2) 在有機(jī)溶劑I中，加入如式(m)所示的化合物III與如式(IV)所示的化合物IV或式 (V)所示的化合物V，在堿性化合物的作用下，加熱回流撹拌反應(yīng)1~10h，反應(yīng)完全后，過濾， 濾餅用有機(jī)溶劑II進(jìn)行重結(jié)晶，獲得如式（I)或式（II)所示的N-苯基咔唑類化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶 劑I為Zi腈、氯仿、四氫呋喃或1，4-二氧六環(huán)中的ー種或多種混合物，優(yōu)選為體積比為1 :1 的こ腈和氯仿混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于所述堿性化合 物為哌啶、吡啶、三こ胺或者二甲胺中的ー種或多種混合物，優(yōu)選為哌啶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑 II為こ腈、氯仿、二氯甲烷、甲醇、こ醇中的ー種或兩種混合物，優(yōu)選為體積比為10 :1的二 氯甲烷和甲醇混合溶剤。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于所述的化合物 III、化合物IV或化合物V、堿性化合物的物質(zhì)的量之比為I:1. 0~3. 0 :0. 1~0. 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于以化合物III的 物質(zhì)的量計(jì)，有機(jī)溶劑I的體積用量為20~80mL/mmol，優(yōu)選為50mL/mmol。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的N-苯基咔唑類化合物的制備方法，其特征在于所述的反應(yīng)時(shí) 間為3~6h。
9. ー種N-苯基咔唑類化合物作為染料敏化劑在太陽能電池上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種N-苯基咔唑類化合物及其制備方法和應(yīng)用。它以如式（Ⅲ）所示的化合物與如式（Ⅳ）或式（V）所示的化合物為原料，在堿性化合物的作用下，加熱回流攪拌反應(yīng)1~10h，反應(yīng)完全后，經(jīng)過濾、重結(jié)晶獲得式（I）或式（Ⅱ）所示的N-苯基咔唑類化合物，其反應(yīng)條件溫和、對設(shè)備要求低、操作簡單和，得到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)核磁共振等認(rèn)證，該化合物作為染料敏化劑組裝成的染料敏化太陽能電池具有較好的光電轉(zhuǎn)換效率，為染料敏化劑的篩選增添了新的可應(yīng)用物質(zhì)。
【IPC分類】C07D417-04, C09B23-04, H01G9-20
【公開號】CN104628715
【申請?zhí)枴緾N201510019876
【發(fā)明人】韓亮, 祖曉燕, 李郁錦, 葉青, 高建榮
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月15日