平面雙核席夫堿鋅酞菁的合成與性能.pdf

1、染料敏化太陽能電池(dye sensitized solar cell, DSSC)具有低成本、高效率、無污染等特點(diǎn)。它由染料、納米多孔膜、電解質(zhì)和對(duì)電極構(gòu)成。光敏染料負(fù)載在納米多孔半導(dǎo)體電極上吸收太陽能，并將激發(fā)態(tài)電子注入納米半導(dǎo)體導(dǎo)帶，這是DSSC的關(guān)鍵組成部分。
　　酞菁(phthalocyanine, Pc)是分子結(jié)構(gòu)類似葉綠素和血紅素的大環(huán)共軛化合物。其可見光吸收較好，化學(xué)熱性能穩(wěn)定，合成成本低，結(jié)構(gòu)可修飾性強(qiáng)。獨(dú)特的光

2、物理與電化學(xué)性能使得酞菁在影印、液晶、傳感器、發(fā)光二級(jí)光、光療、太陽能電池等諸多領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。無取代酞菁溶解性差、難成膜、易集聚，限制了酞菁的應(yīng)用(例如限制了DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率)。在酞菁大分子環(huán)上引入不同的有機(jī)取代基可以明顯改變性能。本文合成了6種兩大類新型平面雙核席夫堿鋅酞菁光敏染料。引入不同的取代基改變不對(duì)稱單核酞菁分子結(jié)構(gòu)，席夫堿反應(yīng)連接形成共平面的雙核鋅酞菁，提高光電性能。
　　采用4-硝基鄰苯二甲腈分別與對(duì)

3、羥基苯甲酸、α-萘酚、β-萘酚、8-羥基喹啉、異丙醇、叔丁醇制備相應(yīng)的鄰苯二甲腈類衍生物；4-硝基鄰苯二甲腈、鄰苯二甲腈類衍生物和醋酸鋅在1,8-二氮雜環(huán)[5,4,0]十一碳-7-烯(DBU)的催化下合成含硝基的不對(duì)稱單核鋅酞菁；還原制備相應(yīng)的氨基酞菁；氨基酞菁與對(duì)苯二甲醛形成新型席夫堿平面雙核鋅酞菁：9(10),16(17),23(24)-三對(duì)羧基苯氧基-2(3)-對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-CPc),9(10),16(17),23

4、(24)-三-α-萘氧基-2(3)對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-α-NPc)，9(10),16(17),23(24)-三-β-萘氧基-2(3)-對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-β-NPc)，9(10),16(17),23(24)-三-8-喹啉氧基-2(3)-對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-QPc)，9(10),16(17),23(24)-三異丙氧基-2(3)-對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-IPc)，9(10),16(17),23(24)-三

5、叔丁氧基-2(3)-對(duì)苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-TPc)。
　　對(duì)合成的6種席夫堿平面雙核鋅酞菁進(jìn)行紅外光譜、紫外-可見光譜、元素分析和核磁共振氫譜表征，比較它們?cè)贜,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的紫外-可見光譜。結(jié)合紫外-可見光譜圖、循環(huán)伏安曲線、差分脈沖曲線，確定6種平面雙核席夫堿鋅酞菁的基態(tài)氧化電位和激發(fā)態(tài)電位能級(jí)位置，分別測(cè)量其組裝的DSSC的光伏性能。
　　結(jié)果表明，相比于無取代鋅酞菁(僅能在二甲基亞砜(DMS

6、O)和DMF部分溶解)，本文合成的6種平面雙核席夫堿鋅酞菁在能較好地溶解于苯、氯仿、丙酮都有較好的溶解性；6種平面雙核席夫堿鋅酞菁染料敏化劑在DMF溶液中UV-Vis光譜的Q帶最大吸收峰大約在670-690 nm處；其激發(fā)態(tài)能級(jí)范圍在-0.87 V~-0.99 V之間，與納米TiO2導(dǎo)帶能級(jí)位置相匹配，總的光電轉(zhuǎn)換效率(η)分別是：0.774％，0.682%，0.905%，0.734%，0.564%，0.632%，得到了一定的的光電性能