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基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能電池新型光敏化染料的合成研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 染料敏化太陽能電池是近20年基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型太陽能電池，本文以苯肼、環(huán)戊酮、異氟爾酮、氰基乙酸乙酯為原料，采用七步合成法合成吲哚啉類光敏染料，該染料可用作太陽能電池的敏化劑。本文對合成工藝進行了詳細研究，并對催化劑、溶劑、反應(yīng)的配比、溫度、時間進行了優(yōu)化，在Fischer反應(yīng)催化劑的選用、Ullmann反應(yīng)催化劑及溶劑的選用上，均取得創(chuàng)新性的進展，探索出一條綠色合成工藝。
- 詳細介紹：
- 1 概述 1.1 國內(nèi)外的現(xiàn)狀與趨勢 1.2 染料敏化太陽能電池的工作原理 1.3研究的必要性及意義 1.4 研究目標(biāo) 1.5 研究內(nèi)容 1.6 研究思路 1.7 知識產(chǎn)權(quán)保護和應(yīng)用前景展望 2 合成工藝研究 2.1 技術(shù)路線 2.2工藝研究 2.3總結(jié) 2.4項目創(chuàng)新點 3 社會效益分析 4 環(huán)境效益分析 5 參考文獻
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 研究目的： 在太陽能電池中， 寬帶隙半導(dǎo)體本身捕獲太陽光的能力差，如將合適的染料吸附到半導(dǎo)體表面上，可將半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)拓寬到可見光區(qū)。課題以苯肼、環(huán)戊酮、異氟爾酮、氰基乙酸乙酯為原料，采用七步法合成吲哚啉類光敏染料， 研究的思路：設(shè)計出合成吲哚啉類光敏染料的工藝路線，對反應(yīng)的工藝條件進行研究，并對催化劑、溶劑、反應(yīng)的配比、溫度、時間進行優(yōu)化；探索出一條適合工業(yè)生產(chǎn)的綠色合成工藝。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- （1）在Fischer反應(yīng)中，用某A酸作催化劑（國內(nèi)未見報道）通過閉環(huán)得到2，3-環(huán)戊基吲哚，收率最高達90%，且產(chǎn)品含量高達94%。 （2）在Ullmann縮合反應(yīng)時，可以將產(chǎn)品的收率由文獻上的16%提高到75%。該項目創(chuàng)新性的以氯化亞銅絡(luò)合物為催化劑（國內(nèi)未見報道）；以溶劑A：溶劑B=3:1(V/V)為溶劑，不僅能夠大幅度降低Ullmann反應(yīng)的溫度，還能大大縮短反應(yīng)時間。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 該太陽能電池新型光敏染料研制成功后，將會帶來國內(nèi)太陽能產(chǎn)業(yè)的重大突破，而其中的一種中間體材料：N-(4-甲基苯基)六氫環(huán)戊基吲哚啉醛，不僅可以作為太陽能光敏材料的中間體，還可以作為光電傳輸材料的中間體，所以，該課題成功后，還能促進光電傳輸材料的極大發(fā)展。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 隨著煤、石油、天然氣等礦物能源的日益枯竭，人們迫切需要尋找其它的可替代能源，近年來，太陽能由于其獨有的特性引起了人們的高度重視。 染料敏化太陽能電池是最近20年基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型低成本太陽能電池，1991年，瑞士Gratzel小組研制出用羧酸聯(lián)吡啶釕(II) 染料敏化的TiO2納米晶多孔膜作為光電陽極的化學(xué)太陽能光電池，稱為Gratzel電池或染料敏化納米晶體太陽能光電池。 在Gratzel型太陽能電池中， 寬帶隙半導(dǎo)體本身捕獲太陽光的能力差，如將合適的染料吸附到半導(dǎo)體表面上，借助于染料對可見光的強吸收，可將半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)拓寬到可見光區(qū)。 本文以苯肼、環(huán)戊酮、異氟爾酮、氰基乙酸乙酯為原料，采用七步合成法合成吲哚啉類光敏染料，該染料可用作準(zhǔn)固態(tài)染料敏華太陽能電池的敏化劑。本文對合成工藝進行了詳細研究，并對催化劑、溶劑、反應(yīng)的配比、溫度、時間進行了優(yōu)化，運用簡潔的工藝路線和清潔生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)工藝上進行創(chuàng)新，合成過程中無廢氣排放，只有少量廢水排出，并且經(jīng)過處理后，可以達標(biāo)排放。利用高效液相色譜檢測，尋找合適的工藝條件，提高產(chǎn)品的收率，控制產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。
獲獎情況
- 該項目已在山東省教育廳、濟寧市科技局立項
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] 魯厚芳, 閆康平,涂銘旌.光敏染料在Gratzel型太陽能電池上的應(yīng)用及其研究進展.化學(xué)試劑.2005.27(1)，11～15；2 9 [2] o’Regan B．，Gratzel M．A low—cost，high —efficiency solar cell based on dye—sen sitized colloidal TiO2 films[J]．Nature,1991，353：737—740 [3] Bach．U．，Lupo．D．，Comte P．et a1. Solid—state dye一sensitized mesoporous Ti02 solar cells with high photo- to-electron conversion efficiencies[J ]．Nature，199 8，395 ：583—585 [4] 孫世國,彭孝軍,高云玲,呂榮文,孫立成.錸聯(lián)吡啶系列光敏染料的合成.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報. 2004(25): 82O ～ 822 [5]專利：朱為宏,劉博等 華東理工大學(xué) CN 101165103A 2008.4 [6] 孫世國,徐勇前等.染料敏華納米晶體光電池,當(dāng)代化工 2004.33（1）47-50 [7] 聞韌 藥物合成反應(yīng) 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 [8] 聞韌 藥物合成反應(yīng) 化學(xué)工業(yè)出版社 2003：279-282 [9] 沙蘭蘭 浙江大學(xué) 碩士論文 2008
同類課題研究水平概述
- 隨著煤、石油、天然氣等礦物能源的日益枯竭，人們迫切需要尋找其它的可替代能源，近年來，太陽能由于其獨有的特性引起了人們的高度重視。 目前，太陽能電池的研究開發(fā)主要有四類：硅太陽能電池；化合物半導(dǎo)體電池、有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池。硅系太陽能電池是目前應(yīng)用廣泛、技術(shù)比較成熟的太陽能電池，但其成本仍居高不下。在現(xiàn)在研究的半導(dǎo)體材料中，化合物半導(dǎo)體太陽能電池使用的半導(dǎo)體材料砷化鎵GaAs、硒化銦銅CuInSe2、磷化銦InP和銻化鎘CdTe具有與最佳禁帶寬度Egap相近的值(約1.5eV)，但是，這些半導(dǎo)體材料所采用的原料太昂貴而不宜大面積制備，而其毒性也限制了它們的應(yīng)用。作為一種新型電池，有機太陽能電池雖然具有可柔順性和成本低廉的優(yōu)勢，但是其轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性過低。染料敏化太陽能電池是最近20年基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型低成本太陽能電池，雖然其轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性仍然制約著其發(fā)展，但是，該電池被譽為最有應(yīng)用前景的太陽能電池，特別是對于我們光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較晚的國家來說，對這種新型電池進行研究開發(fā)顯得尤為重要。 1954年美國貝爾實驗室成功地研制出單晶硅太陽能電池，其總能量轉(zhuǎn)換效率達到了25％，并進入實用化，但因價格昂貴，而難以普及。1991年，瑞士Gratzel小組研制出用羧酸聯(lián)吡啶釕(II) 染料敏化的TiO2納米晶多孔膜作為光電陽極的化學(xué)太陽能光電池，稱為Gratze電池或染料敏化納米晶體太陽能光電池。1998年，Gratzel等人進一步研制出全固態(tài)納米晶體光電池，引起了全世界的關(guān)注。 在Gratzel型太陽能電池中， 寬帶隙半導(dǎo)體本身捕獲太陽光的能力差，如將合適的染料吸附到半導(dǎo)體表面上，借助于染料對可見光的強吸收，可將半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)拓寬到可見光區(qū)。作為光敏劑的染料對太陽能電池的性能起著至關(guān)重要的作用。大連理工大學(xué)精細化工國家重點實驗室研制出了錸聯(lián)吡啶系列光敏染料。華東理工大學(xué)以2，3-環(huán)戊基吲哚、異佛爾酮及氰基乙酸乙酯為原料，采用六步合成法生產(chǎn)吲哚啉類光敏材料。 由于市場上難以買到2，3-環(huán)戊基吲哚，本文用價廉易得的苯肼、環(huán)戊酮及異氟爾酮、氰基乙酸乙酯為原料，采用七步合成法生產(chǎn)吲哚啉類光敏材料，對合成工藝進行了詳細的研究，在Fischer反應(yīng)催化劑的選用、Ullmann反應(yīng)催化劑及溶劑的選用上，均取得創(chuàng)新性的進展。
