卟啉衍生物光敏染料的合成及性能

摘要

卟啉类化合物具有独特的光吸收性能，优异的稳定性和结构的可修饰性，在染料敏化太阳能电池研究中占有重要地位。但它光谱吸收范围窄的缺点，制约了它在染料敏化太阳能电池中的应用。席夫碱化合物具有-RC-N-结构，偶氮类化合物具有-N-N-结构;它们的吸收光谱与卟啉的吸收光谱互补。因此本文成功合成了2种咔唑类席夫碱卟啉和2种偶氮类卟啉，旨在拓宽卟啉的光谱吸收范围。
　　以咔唑、对氟苯甲醛和吡咯为主要原料制得meso-四（4-咔唑）苯基卟啉(TCPP)。通过对硝基苯甲醛与吡咯为原料合成meso-四（4-硝基）苯基卟啉，还原得meso-四(4-氨基苯基)卟啉与咔唑苯甲醛反应制得meso-四[对-（P-N-咔唑基亚苄基亚氨基）]苯基卟啉(TCIPP)。meso-四(4-氨基苯基)卟啉再经重氮化后分别与2-萘酚和8-羟基喹啉发生偶合反应得到meso-四[4-(2-羟基偶氮萘基)苯基]卟啉(TNNPP)和meso-四[4-（8-羟基偶氮喹啉）苯基]卟啉(TNQPP)。
　　利用红外光谱，紫外-可见光光谱，循环伏安法等确定了目标化合物的结构、光谱特征和电化学性能。通过测试不同浓度的两种咔唑席夫碱卟啉和两种偶氮卟啉染料在DMF溶液中的紫外-可见光光谱，表明它们在0.2×10-5～1×10-5mol/L溶度范围内均以单体形式存在。用循环伏安法研究了两种咔唑席夫碱卟啉和两种偶氮卟啉染料的氧化还原性质，根据循环伏安曲线计算四种卟啉的LUMO和HOMO能级，ELUMO分别为-3.18eV、-3.49eV、-3.25eV和-3.38eV，EHOMO分别为-5.71eV、-5.08eV、-4.82eV和-4.74eV。绘制能级结构图，结果表明四种卟啉的LUMO能级比TiO2导带能级高，使激发态电子注入纳米TiO2导带;它的HOMO能级比电解液I-/I-3的能级低，使得氧化态染料可以从I-/I-3电解液中得到电子，实现染料再生。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2卟啉的结构与性质

1．2．1卟啉母环的分子结构

1．2．2卟咻化合物的光谱吸收和聚集性

1．3卟啉化合物的合成与应用

1．3．1卟啉类试剂的合成方法

1．4染料敏化剂的特点

1．4．1有机染料

1．4．2卟啉类染料

1．5卟啉类染料敏化太阳能电池的研究进展及其工作原理

1．5．1卟啉类染料敏化太阳能电池的研究进展

1．5．2染料敏化太阳能电池的工作原理

1．6本课题的研究目的及研究内容

1．6．1本课题的研究目的

1．6．2本课题的研究内容

2．1引言

2．2试剂与仪器

2．3目标产物的合成

2．3．3四(4-硝基苯基)卟咻(TNPP)的合成及表征

2．3．4四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)的合成及表征

2．3．5四[对-(P-N-咔唑基亚苄基亚氨基)]苯基卟啉(TCIPP)的合成及表征

2．4合成总结

2．5结构及性能分析

2．5．1元素分析

2．5．2红外图谱的分析

2．5．3紫外-可见光吸收光谱分析

2．5．4聚集性的研究

2．5．5电化学性质和能级结构

2．6小结

3．1引富

3．2试剂和仪器

3．3目标产物的合成

3．3．2 meso-四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)的合成及表征

3．3．3 meso-四[4-(2-羟基偶氮萘基)苯基]卟啉(TNNPP)的合成及表征

3．3．4 meso-四[4-(8-羟基偶氮喹啉)苯基]卟啉(TNQPP)的合成及表征

3．4合成总结

3．5偶氮卟啉染料的结构分析

3．5．1元素分析

3．5．2红外图谱的分析

3．5．3紫外-可见光吸收光谱分析

3．5．4聚集性的研究

3．5．5电化学性质和能级结构

3．6小结

4结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢