新型π-共轭卟啉类染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

摘要

卟啉类化合物不仅具有良好的光、热和化学稳定性，而且不含稀贵或有害金属，其摩尔吸光系数也比联吡啶钌类配合物高，因此可以作为纯有机染料应用于染料敏化太阳能电池。由于卟啉分子具有可设计性的特点，使利用各种手段对其分子进行修饰以期获得性能更佳的染料敏化剂成为可能。
　　 以三联噻吩为原料，通过维尔斯迈尔反应，以三氯氧磷为缩合剂，N，N-二甲基甲酰胺为甲酰化剂，在0℃左右下合成亲电试剂，用该亲电试剂取代三联噻吩α位的H，最后经碱性水解(pH为8)得到2，2′∶5′，2″-四噻吩-5-甲醛，经过柱层析提纯得到纯度较高的2，2′∶5′，2＂-四噻吩-5-甲醛，产率达84.97％。采用FT-IR，UV-vis，1HNMR对其结构进行了表征和分析，用DSC进行测试和分析，得到了2，2′∶5′，2″-四噻吩-5-甲醛的熔点和沸点，结果与文献报道一致。
　　 通过引入噻吩、三联噻吩、对羧基苯基、对羟基苯基等π共轭基团设计、合成了一系列新型卟啉化合物及其金属锌配合物。利用红外光谱仪、核磁共振H谱仪和紫外可见吸收光谱仪对金属配位前后口卜啉化合物的结构和性能分别进行了表征，发现金属配位后生成的卟啉配合物在红外光谱中无N-H吸收峰、核磁共振H谱中无高场区H的化学位移。在紫外可见吸收光谱图中金属配合物的Soret吸收带红移且吸光强度增强而Q吸收带在数量上减少。通过热失重分析仪对金属配位前后卟啉化合物的热稳定进行了探索，结果显示金属配合物的热稳定性能好于相应的卟啉化合物。
　　 将合成的卟啉类配合物作为染料敏化剂组装电池，并对电池性能进行测试。结果表明含有“D-π-A

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 DSSC的结构和工作原理

1．2．1 DSSC的结构

1．2．2 DSSC的工作原理

1．3 染料敏化剂的种类和发展现状及趋势

1．3．1 金属有机染料敏化剂

1．3．2 非金属有机染料敏化剂

1．3．3 两亲染料敏化剂

1．4 论文选题的目的及意义

第二章 传统有机钌类染料N3的合成及其在DSSC中的应用

2．1 试验部分

2．1．1 试验所用试剂

2．1．2 试验所用仪器

2．2 N3的合成

2．2．1 中间体4，4'-二羧基-2，2 '-联吡啶的合成

2．2．2 顺-(4，4 '-二羧基-2，2'-联吡啶)-二硫氰合钌(N3)的合成

2．3 P(HEMA-NVP)基凝胶电解质的制备

2．4 N3染料溶液的制备

2．5 电池的组装

2．6 测试

2．6．1 红外光谱仪

2．6．2 差示扫描量热仪

2．6．3 热重分析仪

2．6．4 紫外可见吸收光谱仪

2．6．5 核磁共振谱仪

2．6．6 电池光电性能测试

2．7 结果与讨论

2．7．1 合成中间体的影响因素

2．7．2 合成目标产物N3的影响因素

2．7．3 中间体4，4'-二羧基-2，2'-联吡啶的结构分析

2．7．4 顺-(4，4'-二羧基-2，2 '-联吡啶)-二硫氰合钉(N3)的结构分析

2．8 电池性能测试

2．9 本章小结

第三章 新型卟啉类化合物及其金属配合物的合成

3．1 实验部分

3．1．1 试验原料

3．1．2 试验所用仪器

3．2 TTP及TTPZn的合成

3．2．1 TTP的合成

3．2．2 TTPZn的合成

3．3 TTTP及TTTPZn的合成

3．3．1 2，2'：5'，2''-四噻吩-5-甲醛的合成

3．3．2 TTTP的合成

3．3．3 TTTPZn的合成

3．4 TTTPP及TTTPPZn的合成

3．4．1 TTTPP的合成

3．4．2 TTTPPZn的合成

3．5 TTPP及TTPPZn的合成

3．5．1 TTPP的合成

3．5．2 TTPPZn的合成

3．6 HDPTPP及HDPTPPZn的合成

3．6．1 HDPTPP的合成

3．6．2 HDPTPPZn的合成

3．7 CPTPP及CPTPPZn的合成

3．7．1 CPTPP的合成

3．7．2 CPTPPZn的合成

3．8 本章小结

第四章 新型卟啉化合物及其金属配合物的结构分析与性能测试

4．1 实验部分

4．1．1 试验所用试剂

4．1．2 试验所用仪器

4．2 测试

4．2．1 红外光谱仪

4．2．2 热重分析仪

4．2．3 热重-红外光谱联用(TG-FTIR联用)

4．2．4 紫外可见吸收光谱仪

4．2．5 核磁共振氢谱仪

4．3 TTP及TTPZn的结构分析

4．3．1 红外光谱分析

4．3．2 热失重分析

4．3．3 TG-FTIR联用研究TTP及TTPZn的热分解性能

4．3．4 紫外可见吸收光谱分析

4．3．5 核磁共振分析

4．4 TTTP及TTTPZn的结构分析

4．4．1 2，2'：5'，2''-四噻吩-5-甲醛的结构分析

4．4．2 TTTP及TTTPZn的结构分析

4．5 TTTPP和TTTPPZn的结构分析

4．5．1 红外光谱分析

4．5．2 热失重分析

4．5．3 TG-FTIR联用研究TTTPP和TTTPPZn的热分解性能

4．5．4 紫外可见吸收光谱分析

4．5．5 核磁共振分析

4．6 TTPP和TTPPZn的结构分析

4．6．1 红外光谱分析

4．6．2 热失重分析

4．6．3 紫外可见吸收光谱分析

4．6．4 核磁共振分析

4．7 CPTPP及CPTPPZn的结构分析

4．7．1 红外光谱分析

4．7．2 热失重分析

4．7．3 紫外可见吸收光谱分析

4．7．4 核磁共振分析

4．8 HDPTPP及HDPTPPZn的结构分析

4．8．1 红外光谱分析

4．8．2 热失重分析

4．8．3 紫外可见吸收光谱分析

4．8．4 核磁共振分析

4．9 本章小结

第五章 新型卟啉类染料在染料敏化太阳能电池中的应用

5．1 试验部分

5．1．1 试验所用试剂

5．1．2 试验所用仪器

5．1．3 P(HEMA-NVP)基凝胶电解质的制备

5．1．4 染料溶液的配制

5．1．5 电池的组装

5．1．6 电池光电性能测试

5．2 结果与讨论

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书