取代杂芳基、炔基、羰基、酯基中的碳链为碳个数为0~40的直 链、支链或环烷烃中的一种或几种； 图2为本发明实施例1所合成M2C6的分子结构和氢核磁共振谱图； 图3为本发明实施例1所合成M2C6的单色光子-电子转化效率图； 图4为本发明实施例1所合成M2C6的光电流密度-电压图。
[0017] 五、【具体实施方式】 下面结合具体实施案例对本发明作进一步描述，将有助于对本发明的理解。但并不能 以此来限制本发明的权利范围，而本发明的权利范围应以权利要求书阐述的为准。
[0018] 实施例1:M2C6的合成 (1)将溴代3-正己基-1，2-二甲基咪唑鑰（522. 4mg，2mmol，一倍当量）溶于甲醇（1mL)，另将氢氧化钾（117.8mg，2.1 _〇1，1.05倍当量)溶于甲醇，将氢氧化钾的甲醇溶液滴 加进溴代3-正己基-1，2-二甲基咪唑鑰的甲醇溶液，室温下搅拌12小时。抽滤后得澄清 溶液，抽滤后的溶液用甲醇稀释至8mL，配制成含氢氧化3-正己基-1，2-二甲基咪唑鑰浓 度为0.25mmol/mL的甲醇溶液。
[0019] (2)将顺式-双（异硫氰基）双（2,2'_联吡啶基-4, 4'-二羧基）钌（II) (211.7 mg，0. 3 mmol，1.0倍当量）溶于甲醇（5 mL)，加入步骤（1)中得到的氢氧化3-正己 基-1，2-二甲基咪唑鑰0. 25mmol/mL的甲醇溶液（4. 8 mL，I. 2 mmol，4. O倍当量)，常温搅 拌1小时后加入乙醚（20 mL)析出固体，用布氏漏斗抽滤后得固体310 mg，将固体溶于甲醇 (10 mL)，加入4. 3 mL浓度为0.1 mol/L的硝酸甲醇溶液，浓缩至2 mL，加入乙醚（10 mL)， 固体析出，抽滤并真空干燥，得黑色固体M2C6( 153. 6 mg，产率：48. (Fo)131H NMR (400 MHz, CDCl3):8=0.84 (t, /=6. 2 Hz, 6H), 1.20-1.30 (m, 12H), 1.67 (t, / = 6.8 Hz, 4H), 2.57 (m, 6H), 3.74 (s, 6H), 4.09 (t,J= 7.4：Hz, 4H), 7.41-7.45 (m, 4H), 7.63 (2.0 Hz, 2H), 7.66 (d,J= 2.0Hz, 2H), 8.08 (dd, / = 5.6 Hz, 1.2 Hz, 2H), 8.53 (s, 2H), 8.70 (s, 2H), 9.17 (d, /= 5.6 Hz, 2H) ppm.(附图 2) 实施例2:光敏剂在水中的溶解度测定 在10. 0 mL水中最多可溶解83. I mg实施例1所合成的M2C6,得暗红色溶液，由此算得 M2C6在水中的溶解度为8. 3 mg/mL。
[0020] 实施例3:染料敏化太阳能电池的组装 将实施例1所合成的M2C6(8. 00 mg)溶于蒸馏水（14. 5 mL)，在pH计的监测下用0.0 lOM 的硝酸水溶液调节M2C6的水溶液的pH到3. 8,此时光敏剂的浓度为0. 50 mmol/L，将纳米 二氧化钛光阳极浸入，常温放置2小时后取出，用蒸馏水冲洗，80°C条件下烘干。再用聚酰 亚胺胶带将着色了的二氧化钛光阳极和铂电极粘合，注入电解质溶液，制备出染料敏化太 阳能电池。
[0021] 实施例4:染料敏化太阳能电池光电性质表征 室温条件，测试实施例3中所制得的染料敏化太阳能电池单色光子-电子转化效率。 测得染料敏化太阳能电池的单色光子-电子转化效率峰值为90% (如附图3);室温条件，在 100 mW cm 2功率和1.5G辐照的太阳光模拟器照射下，测试实施例3中所得的染料敏化太 阳能电池参数。测得染料敏化太阳能电池的光电转换效率10. 6%，其中开路电压0. 74V，短 路电流密度21.2 mA/cm2,填充因子0.67 (如附图4)。
[0022] 实施例5:光敏剂对二氧化钛光阳极着色稳定性检测 将实施例1所合成的M2C6(8. 00 mg)溶于蒸馏水（14. 5 mL)，在pH计的监测下用0.0 lOM 的硝酸水溶液调节M2C6的水溶液的pH到3. 8,此时光敏剂的浓度为0. 50 mmol/L，将纳米 二氧化钛光阳极浸入，常温放置2小时后取出，用蒸馏水冲洗，80°C条件下烘干后，再用大 量蒸馏水冲洗，无明显脱色，组装成电池后效率较实施例3中所得的染料敏化太阳能电池 无明显降低。
【主权项】
1. 以咪唑鑰为阳离子的水溶性联吡啶-钌类光敏剂，其结构通式如下：其中R1为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基；R2为 氣、烷基、烷氧基、苄基、酿链、烧硫基、硫酿链、取代芳基、取代杂芳基、i全基、炔基、幾基、醋 基、氰基、硝基；R3为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基； 其中烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、炔基、羰基、酯基中 的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中的一种或几种。2. 以咪唑鑰为阳离子的水溶性联吡啶-钌类光敏剂的制备方法，其特征在于制备步骤 如下： (1) 将溴代咪唑鑰溶于甲醇，并与氢氧化钾的甲醇溶液反应，将不溶物过滤后得到氢氧 化咪唑鑰的甲醇溶液； (2) 将顺式-双（异硫氰基）双（2, 2' -联吡啶基-4, 4' -二羧基）钌（II)溶于甲醇， 加入4倍当量的氢氧化咪唑鑰的甲醇溶液，再滴加硝酸的甲醇溶液到合适的pH值，将甲醇 浓缩后加入乙醚，析出产物，真空干燥，得咪唑鑰为阳离子的水溶性联吡啶-钌类光敏剂。3. 根据权利要求2所述的制备方法，溴代咪唑鑰的结构通式如下：其中R1为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基；R2为 氣、烷基、烷氧基、苄基、酿链、烧硫基、硫酿链、取代芳基、取代杂芳基、i全基、炔基、幾基、醋 基、氰基、硝基；R3为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基； 其中烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、炔基、羰基、酯基中 的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中的一种或几种。4. 根据权利要求2所述的制备方法，氢氧化咪唑鑰的结构通式如下：其中R1为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基；R2为 氣、烷基、烷氧基、苄基、酿链、烧硫基、硫酿链、取代芳基、取代杂芳基、i全基、炔基、幾基、醋 基、氰基、硝基；R3为氢、烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基； 其中烷基、烷氧基、苄基、醚链、烷硫基、硫醚链、取代芳基、取代杂芳基、炔基、羰基、酯基中 的碳链为碳个数为〇~40的直链、支链或环烷烃中的一种或几种。5. 权利要求1所述化合物的用途，其特征是：能溶于水，可用权利要求1所述化合物的 水溶液对纳米二氧化钛光阳极着色。6. 权利要求1所述化合物的用途，其特征是：用权利要求1所述化合物制备的染料敏 化太阳能电池，单色光子-电子转化效率可达80%~90%，光电转换效率达到10. 0~11. 0%。
【专利摘要】本发明涉及一类以咪唑鎓作为阳离子的水溶性光敏剂的分子结构、水溶性及其在染料敏化太阳能电池中的应用。通过引入咪唑鎓阳离子，解决了联吡啶-钌类光敏剂的水溶性问题。以水代替常用的有机溶剂配制光敏剂溶液对二氧化钛着色，吸附量更大，吸附时间更快，解决了其他光敏剂水溶液不能着色或遇水脱色的问题。在电池制备过程中避免大量使用有机溶剂，降低了成本，提高了环境和生物相容性；着色了的纳米二氧化钛光阳极不容易被水脱色，提高了电池的使用寿命；所制备的染料敏化太阳能电池光电转换效率超过10%，解决了其他染料敏化太阳能电池在制备过程中遇水性能大大降低的问题；降低了制备工艺难度，在实际应用和工业生产中具有巨大的价值。
【IPC分类】C09B57/10, H01G9/20, C07F15/00
【公开号】CN105175455
【申请号】
【发明人】游劲松, 李啸宇, 兰静波
【申请人】四川大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月5日