一種羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物，具體涉及一種羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)硅基光伏器件相比，染料敏化太陽能電池以其廉價、易制作、柔性以及高的 光電轉(zhuǎn)換效率等特點，受到人們越來越多的關(guān)注。最近，更是有高達13%的光電轉(zhuǎn)換效率被 報道出來（Nat. Chem. 2014，6，242)，這為其在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面提供可能。
[0003] 染料敏化太陽能電池主要由吸附染料的光陽極、電解液、對電極幾部分組成，其中 的一個核心部分就是沉積在光陽極上的二氧化鈦薄膜。一般，電荷分離和復(fù)合都發(fā)生在二 氧化鈦、染料和電解液的界面。高比表面的二氧化鈦可以提供大的界面，利于足夠的電子注 入。但是，大的界面也增大了電荷復(fù)合的可能性，這樣就會最終降低電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 很多對二氧化鈦表面修飾的方法被提出來解決上述問題。其中一種就是在二氧化鈦表面沉 積一層無機絕緣層材料，阻止載流子復(fù)合（Chem. Mater.，2002，14，2930 ;J. Am. Chem. Soc.，2003，125，475)。但是這層無機絕緣層的厚度不易控制，如果超過一定厚度就會減 少電子注入率，從而影響電池效率。因此，可以作為共吸附劑的有機小分子收到關(guān)注(化學(xué) 學(xué)報，2010,14,1357)。共吸附劑的引入可以減少染料分子的聚集，同時染料分子和共吸附 劑形成致密層，該致密層有效地抑制了電子和空穴的復(fù)合，提高了染料的光吸收率，從而提 高電池的光電轉(zhuǎn)化效率（Energy Environ. Sci., 2012，5，6057)。現(xiàn)有的共吸附劑種類 較少，且對染料敏化太陽能電池電池效率的提升并未得到較大的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的應(yīng) 用。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種羧酸化氰 基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為
η為2~10,其特征在于：所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物作為 共吸附劑在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
[0006] 優(yōu)化地，它包括以下步驟： (a) 將所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物添加到含有染料的混合溶液中，在20~30°C避光攪拌 12~24小時； (b) 將經(jīng)過煅燒處理的二氧化鈦多孔薄膜浸入步驟（a)得到的溶液中，靜置10~24小時 取出，乙醇清洗后用氮氣吹干即可。
[0007] 進一步地，步驟（a)中，所述混合溶液由乙腈與叔丁醇按照體積比I : 1配制而成。
[0008] 進一步地，步驟（a)中，所述染料的濃度為0. 4~0. 5mmol/L，所述羧酸化氰基聯(lián)苯 衍生物與所述染料的摩爾比為0. 1~2 :1。
[0009] 進一步地，所述染料為Z907或N719。
[0010] 由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明羧酸化氰 基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)是為
的羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物 能夠作為共吸附劑在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用，這樣能夠減少染料分子的聚集，提高 了染料的吸光效率，而且共吸附劑本身的反光特性，增加了染料對太陽光的二次吸收，再有 染料分子和共吸附劑在整個太陽光范圍內(nèi)吸光互補，這些都有助于提高染料的吸光效率， 提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0011] 附圖1為本發(fā)明羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的合成工藝圖； 附圖2為甲基-9- [ (4'-氰基（1，Γ-聯(lián)苯）-4-基）氧基]壬酸酯的核磁圖譜； 附圖3為添加不同比例本發(fā)明羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的光陽極的紫外-可見光譜圖； 附圖4為添加不同比例本發(fā)明羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的光陽極的漫反射圖譜； 附圖5為添加不同比例本發(fā)明羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的光陽極的電流-電壓曲線； 附圖6為實施例1、實施例4和實施例5中羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的電流-電壓曲線對 比圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)通 式為
所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物作為共吸附劑 在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用，它能夠減少染料分子的聚集，提高了染料的吸光效率，而 且共吸附劑本身的反光特性，增加了染料對太陽光的二次吸收，再有染料分子和共吸附劑 在整個太陽光范圍內(nèi)吸光互補，這些都有助于提高染料的吸光效率，提高了電池的光電轉(zhuǎn) 化效率。
[0013] 具體步驟如下：（a)將所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物添加到含有染料的混合溶液 中，在20~30°C避光攪拌12~24小時；（b)將經(jīng)過煅燒處理的二氧化鈦多孔薄膜浸入步驟 (a)得到的溶液中，靜置10~24小時取出，乙醇清洗后用氮氣吹干即可。步驟（a)中，所述混 合溶液優(yōu)選由乙腈與叔丁醇按照體積比1 :1配制而成。步驟（a)中，所述染料的濃度優(yōu)選 為0. 4~0. 5mmol/L，所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物與所述染料的摩爾比優(yōu)選為0. 1~2 :1。所述 染料優(yōu)選為Z907或N719。
[0014] 羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物
的合成：如圖1所示，將 2mmol十八冠六醚、47mmol碳酸鉀、25. 7mmol 4' -氰基-4-羥基聯(lián)苯、33. 7mmol相應(yīng)的烷基 溴酸酯加入到250毫升燒瓶中，再向其中加入SOmml丙酮，在45°C條件下攪拌、回流16小 時，反應(yīng)結(jié)束后，將上述混合物懸干，并用甲醇重結(jié)晶，得到粉末； 將得到的粉末中加入l〇〇ml、3mol/L的氫氧化鈉溶液中，同時加入四氫呋喃，直至形成 穩(wěn)定、均一的懸浮物，將上述混合物在室溫下攪拌4天，反應(yīng)過程中同時用柱層析法判斷反 應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)進度；待水解完全以后，在〇°C條件下用5mol/L的鹽酸中和，得到白色粗產(chǎn) 物，然后用乙醚、超純水洗滌過濾，并用乙醇重結(jié)晶2次，得到純凈產(chǎn)物，最后置于真空干燥 箱內(nèi)干燥備用。
[0015] 下面將結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0016] 實施例1 本實施例提供一種甲基-3-[ (4'-氰基（1，Γ -聯(lián)苯)-4-基)氧基]丙酸及其應(yīng)用，其 制備方法為： a)將2毫摩爾十八冠六醚、47毫摩爾碳酸鉀、25. 7毫摩爾4'-氰基-4-羥基聯(lián)苯、33. 7 毫摩爾甲基-3-溴丙酸酯加入到250毫升燒瓶中，再向其中加入80毫升丙酮，在45攝氏度 條件下攪拌、回流16小時。反應(yīng)結(jié)束后，將上述混合物懸干，并用甲醇重結(jié)晶，得到甲基ΙΕ (4'_ 氰基 聯(lián)苯 ）-4-基） 氧基] 丙酸酯粉末。
[0017] b)得到的粉末中加入100毫升3摩爾每升的氫氧化鈉溶液中，同時加入四氫呋喃 溶劑，直至形成穩(wěn)定、均一的懸浮物。將上述混合物在室溫下攪拌4天，反應(yīng)過程中同時用 柱層析法判斷反應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)進度。待水解完全以后，在〇°C條件下用5摩爾每升的鹽酸 中和，得到白色粗產(chǎn)物，然后用乙醚、超純水洗滌過濾，并用乙醇重結(jié)晶2次，得到純凈的甲 基_3_[ (4'_氰基（1，1'_聯(lián)苯）_4_基）氧基]丙酸，最后置于真空干燥箱內(nèi)干燥備用。1H NMR (400 MHz, (I6-DMSO) : 7.85 (s, 4H), 7.69 (m, 2H), 7.04 (s, 2H), 4.02 (s, 2H), 2.60 (s, 2H). 應(yīng)用具體為： 將合成的共吸附劑（甲基-3_[ (4'-氰基（1，Γ -聯(lián)苯）-4-基）氧基]丙酸）加到含有 0. 4毫摩爾每升染料Z907的乙腈、叔丁醇混合溶液中（體積比1:1)，共吸附劑與染料的摩爾 比為1:1，室溫（25°C)條件下避光攪拌12h，待用； 將500°C煅燒處理后的二氧化鈦多孔薄膜，自然冷卻到90°C，將其浸泡在上述混合溶 液中，靜置24小時，然后取出，用乙醇清洗后，用氮氣吹干，即得到經(jīng)共吸附劑修飾的涂覆 有二氧化鈦多孔薄膜的光陽極，對光陽極進行紫外-可見、漫反射、電流-電壓測試，結(jié)果如 圖3至5所示。
[0018] 實施例2 本實施例與實施例1中的應(yīng)用基本一致，不同的是，吸附劑與染料的摩爾比為2:1。
[0019] 實施例3 本實施例與實施例1中的應(yīng)用基本一致，不同的是，吸附劑與染料的摩爾比為1:2。
[0020] 實施例4 本實施例與實施例1中的應(yīng)用基本一致，不同的是，加入反應(yīng)的是甲基-6-溴己酸甲 酯，得到的產(chǎn)物為甲基-9_[ (4'_氰基（1，Γ-聯(lián)苯）-4-基）氧基]壬酸。1H NMR (400 MHz, d6-DMS0): 7.85 (s, 4H), 7.69 (m, 2H), 7.04 (s, 2H), 4.00 (s, 2H), 2.51 (s, 2H), 2. 22(s, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.56 (m, 2H), 1.43 (m, 2H). 實施例5 本實施例與實施例1中的應(yīng)用基本一致，不同的是，加入反應(yīng)的是甲基-9-溴壬酸甲 酯，得到的產(chǎn)物為甲基-9_[ (4'_氰基（1，Γ-聯(lián)苯）-4-基）氧基]壬酸。1H NMR (400 MHz, d6-DMS0): 7.85 (s, 4H), 7.69 (m, 2H), 7.04 (s, 2H), 4.00 (s, 2H), 2.51 (s, 2H), 2.22(s, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.56 (m, 2H), 1.42 (m, 4H), 0.9-1.2 (m, 4)。圖 6展示了基于實施例1、實施例4和實施例5中共吸附劑制作的光陽極的電流電壓曲線。
[0021] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，所述簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為η為2~10,其特征在于：所述簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物作為 共吸附劑在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，其特征在于，它包括W下步 驟： (a) 將所述簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物添加到含有染料的混合溶液中，在20~3(TC避光攬拌 12~24小時； (b) 將經(jīng)過般燒處理的二氧化鐵多孔薄膜浸入步驟（a)得到的溶液中，靜置10~24小時 取出，乙醇清洗后用氮氣吹干即可。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，其特征在于：步驟（a)中，所 述混合溶液由乙臘與叔下醇按照體積比1 :1配制而成。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，其特征在于：步驟（a)中， 所述染料的濃度為0. 4~0. 5111111〇1/1，所述簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物與所述染料的摩爾比為 0. 1~2 :1。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的簇酸化氯基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，其特征在于：所述染料為 Z907 或N719。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的應(yīng)用，所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？，n為2~10，其特征在于：所述羧酸化氰基聯(lián)苯衍生物作為共吸附劑在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。這樣能夠減少染料分子的聚集，提高了染料的吸光效率，而且共吸附劑本身的反光特性，增加了染料對太陽光的二次吸收，再有染料分子和共吸附劑在整個太陽光范圍內(nèi)吸光互補，這些都有助于提高染料的吸光效率，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【IPC分類】H01G9/20
【公開號】CN105244167
【申請?zhí)枴緾N201510552661
【發(fā)明人】趙杰, 鄒貴付, 王云
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月2日