本發明公開了一種三吩噻嗪基鋅卟啉染料及其制備方法。以三吩噻嗪基為D單元連接鋅卟啉核心，其中一個苯環為橋連（π）單元，羧酸為吸電子（A）單元，并在鋅卟啉核心與π單元之間插入含三鍵的苯并噻二唑，作為輔A單元，調節分子內電子的躍遷能級，拓寬吸收光譜。本發明提供的三吩噻嗪基鋅卟啉染料的合成路線，制得的三吩噻嗪基鋅卟啉染料，對可見光區的太陽光具有較好的吸收。在DSSC中具有很好的應用潛力。

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種三吩噻嗪基鋅卟啉染料及其制備方法。

技術背景

染料作為敏化太陽能電池中（Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC）的關鍵組分，對DSSC的性能起決定性的作用。其中，鋅卟啉類染料是近幾年來DSSC中最具有發展潛力的一類敏化劑。鋅卟啉結構是一種具有18-π電子框架的芳香大環，其在400-500nm于500-600nm范圍內表現出較強的吸收soret帶和Q帶，且具有較強的摩爾消光系數，使得鋅卟啉類染料在可見光乃至近紅外區具有較強的光捕獲能力。此外，卟啉結構分子具有四個meso-位和八個β-位，便于修飾于結構改性。自Gr?tzel組開創性地在DSSC中使用葉綠素派生物和卟啉作為染料敏化劑以來(Nature 1991,353:737-740)，至今已經取得了極大的進展（Royalsociety of chemistry 2020, 13, 1617-1657）。目前，基于鋅卟啉類染料的DSSC光電轉換效率已達到14.64%（Chemistry Commun 2015, 51, 15894–15897）。另外，吩噻嗪是一類具有良好給電子性的D（donor）單元，在鋅卟啉類和純有機類DSSC中具有廣泛的應用，且取得較好的效果（Royal society of chemistry 2020, 13, 1617-1657）。三吩噻嗪胺是一種類三苯胺結構，其作為D單元在鋅卟啉類DSSC的研究中尚未見報導。

基于以上分析，本發明設計制備了一種含三吩噻嗪基的鋅卟啉染料。

發明內容

本發明的目的是提供一種三吩噻嗪基鋅卟啉染料及其制備方法。

本發明以三吩噻嗪基為D單元連接鋅卟啉核心，其中一個苯環為橋連（π）單元，羧酸為吸電子（A）單元，并在鋅卟啉核心與π單元之間插入含三鍵的苯并噻二唑，作為輔A單元，調節分子內電子的躍遷能級，拓寬吸收光譜。

本發明提供的三吩噻嗪基鋅卟啉染料分子結構如圖1所示；具體合成路線如圖2所示。

制備上述三吩噻嗪基鋅卟啉染料的具體步驟為：

(1) 稱取1摩爾份二吡咯甲烷和1摩爾份十二烷氧基苯甲醛加入到二氯甲烷中，氬氣保護，室溫嚴格避光攪拌10min使充分溶解；針頭打入0.6摩爾份三氟乙酸后再攪拌4h，然后加入1.2摩爾份2，3-二氯-5，6-二氰基-1，4-苯醌攪拌1h。用薄層色譜跟蹤反應至反應物濃度基本不變，加入三乙胺中和混合溶液，停止反應。后處理：旋干，硅膠柱色譜分離純化，收集產物，旋干得深紫色固體，真空干燥箱烘干至恒重，得中間體3。

(2) 稱取1摩爾份中間體3加入二氯甲烷中室溫攪拌溶解；稱取2摩爾份N-溴代琥珀酰亞胺充分溶于50mL的二氯甲烷溶液后，將其加入到兩口燒瓶室溫攪拌1h。用薄層色譜跟蹤反應至反應物濃度基本不變，用丙酮淬滅反應。后處理：旋干，硅膠柱色譜分離，收集產物，旋干得深紫色固體，真空干燥箱烘干至恒重，得中間體4。

(3) 稱取1摩爾份中間體4加入到二氯甲烷中室溫攪拌溶解；稱取20摩爾份無水醋酸鋅溶于甲醇溶液后，將其加入到兩口瓶中，室溫攪拌回流12h，用薄層色譜跟蹤反應至反應物濃度基本不變，停止反應。后處理：旋干，二氯甲烷溶解，水洗，萃取，收集有機相，旋干，硅膠柱色譜分離，收集產物，旋干得淡紫色固體，真空干燥箱烘干至恒重，得中間體5。