卟啉類敏化太陽能電池染料的制備及性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池作為一種新型有機(jī)太陽能電池,具有廣闊的發(fā)展前景。而卟啉化合物因其獨特的光物理化學(xué)性質(zhì),作為敏化染料具有廣泛的應(yīng)用。
　　 本論文將1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)用于修飾卟啉,制備出四種含有羧基的卟啉型敏化太陽能電池染料,并研究了其光電轉(zhuǎn)換性能。
　　 通過對四苯基卟啉β位進(jìn)行甲?；?、還原、氯代、縮合等反應(yīng),制備出反應(yīng)活性高、性能穩(wěn)定的卟啉三苯基膦鹽。將其與對酯基苯甲醛進(jìn)行Wittig反應(yīng),在卟啉β位引入酯基,進(jìn)

2、而制備相應(yīng)的金屬鋅卟啉,再與兩種不同偶極子2,6-二氯苯腈氧化物12a和2,4,6-三甲基苯腈氧化物12b進(jìn)行1,3-偶極環(huán)加成,分別得到β位乙烯基雙鍵的環(huán)加成產(chǎn)物2-[3’-(2,6-二氯)苯基-5’-(對甲酸甲酯基)苯基-4’,5’-二氫異惡唑]四苯基卟啉鋅13a和2-[3-(2,4,6-三甲基)苯基-5’-(對甲酸甲酯基)苯基-4’,5’-二氫異惡唑]四苯基卟啉鋅13b,然后通過酯基水解,得到含有羧基的目標(biāo)化合物。對其中一種環(huán)加成

3、產(chǎn)物13a進(jìn)行了單晶的培養(yǎng)及單晶X-衍射測試分析,證明了環(huán)加成反應(yīng)未發(fā)生在吡咯環(huán)上,而是發(fā)生在了吡咯環(huán)外的乙烯基雙鍵上。
　　 采用Adler法合成了四對酯基苯基卟啉,將其分別與新制備的兩種腈氧化物偶極子12a-b進(jìn)行環(huán)加成反應(yīng),得到相應(yīng)的二氫卟吩化合物和四氫卟吩的順反異構(gòu)體。采用兩種方法合成相應(yīng)的金屬卟吩化合物。一種由卟吩化合物金屬化制備金屬卟吩化合物；另一種用四對酯基苯基卟啉鋅與兩種偶極子12a-b直接進(jìn)行環(huán)加成,均只得到二

4、氫金屬卟吩。通過對比前一種方法收率比較高。嘗試將金屬卟吩化合物中的四個酯基進(jìn)行全部水解和部分水解,得到含有羧基的產(chǎn)物。
　　 對合成的B位含有羧基的卟啉染料分子14a、14b以及中位含有羧基的卟啉染料分子21a、21b進(jìn)行了光譜測試分析和光電轉(zhuǎn)換性能研究。紫外吸收光譜表明,β位含有羧基的兩種染料分子14a-b由于意外的環(huán)加成反應(yīng)使得電子傳輸?shù)墓曹楁湵黄茐?導(dǎo)致其與四苯基卟啉鋅幾乎一致的紫外吸收,而中位含有羧基的兩種染料分子21a

5、-b的吡咯環(huán)進(jìn)行環(huán)加成以后,使得化合物母體環(huán)對稱性大大下降,導(dǎo)致其紫外吸收Q帶發(fā)生明顯紅移并且強(qiáng)度有所增強(qiáng)；與紫外吸收結(jié)果一致,化合物14a-b熒光強(qiáng)度減弱,而化合物21a-b熒光強(qiáng)度變強(qiáng)；時間分辨熒光光譜表明,14a、14b、21a以及21b的熒光壽命分別為1.73ns、1.74ns、1.54ns和1.52ns,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子由激發(fā)態(tài)注入到TiO2導(dǎo)帶的時間0.1-10ps；最后由光電性能測試得出,相同條件下,中位含有羧基的染料分子21