CN102532932B - 一类含有吡嗪环的有机染料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机光电材料技术领域，具体为一类含有吡嗪环的有机染料及其合成方法和应用。本发明的含有吡嗪环的有机染料具有良好的光捕获能力，是一类以吡嗪环为拉电子基团的染料分子，其吸收光谱与荧光光谱可通过不同种类和数目的芳香环来调节。与钌类染料相比，本发明原料结构简单、价廉易得，易于纯化，具有成本低，易于制备等优点。此外，吡嗪及其衍生物具有良好的光电性能，如电子传输能力和强拉电子能力，是一类优良的光伏材料，将这一类有机染料应用到染料敏化太阳能电池中，可获得超过8%的能量转化效率。
Description
技术领域
本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一类含有吡嗪环的纯有机染料及其合成方法以及在染料敏化太阳能电池中的应用。
技术背景
染料敏化太阳电池（Dye-sensitized solar cells，DSSC）是一种基于植物叶绿素光合作用原理研制出的新型太阳电池，由瑞士M. Grätzel教授于1991年首先提出，故又称Grätzel电池。这种电池结构简单，主要由工作电极、电解液和对电极组成。工作电极是通过在导电玻璃基底上烧结一层纳米多孔二氧化钛膜，并在上面吸附一层光敏染料而制得。电解液可以是液态的，也可以是准固态和固态的，最常用的I3 -/I-氧化还原电对。对电极一般是镀有一层铂的导电玻璃。
作为电池的重要组成部分，光敏剂染料能够有效地吸收太阳光，并由此产生激发电子，然后注入到二氧化钛等半导体的导带中。因此，染料的光电性能对染料敏化太阳能电池的光电转换效率有着至关重要的影响。目前，性能最好的染料敏化剂是含有贵金属钌的配合物，其中最经典的是N719和黑染料。然而，昂贵的贵金属价格和稀有的贵金属资源使得其大规模产业化受到了很大的限制。与此同时，具有成本低廉、高摩尔吸光系数和结构易调控的纯有机染料越来越受到重视，并成为该领域的研究热点。
含有吡嗪环的纯有机染料具有良好的光捕获能力，其吸收光谱与荧光光谱可通过不同种类和数目的芳香环来进行调节。与钌类染料相比，含有吡嗪的纯有机染料结构简单、容易制备、易于纯化、价格低廉。此外，该类含有吡嗪的有机染产具有良好的光电转换性能是一类优良的光伏材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、制备方便、易于纯化、价格低廉，具有良好光电转换性能的有机染料及其制备方法和应用。
本发明提供的有机染料，是一类含有吡嗪环的有机染料，这类染料具有以下结构通式：
式中，R’和R”为氢、烷烃基或芳烷基，n和m为1~3的整数；
其中R1~R8为氢、烷烃基或芳烷基；
其中R9为氢、烷烃基或芳烷基。
本发明所述的含吡嗪环的有机染料合成方法，包括两种路线：
一、当n=m时，其合成路线如下所示：
(1) 起始原料a的制备：
根据文献方法[(a) Kenning, D. D.; Mitchell, K. A.;
Calhoun, T. R.; Funfar, M. R.; Sattler, D. J.; Rasmussen, S. C. J. Org.
Chem. 2002, 67, 9073.; (b) Mondal, R.; Miyaki, N.; Becerril,
H. A.; Norton, J. E.; Parmer, J.; Mayer, A. C.; Tang, M. L.; Bredas, J. L.;
McGehee, M. D.; Bao, Z. N. Chem. Mater. 2009, 21, 3618.;
(c) Bijleveld, J. C.; Shahid, M.; Gilot, J.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Adv.
Funct. Mater. 2009, 19, 3262. (d) Zhang, F.; Bijleveld, J.;
Perzon, E.; Tvingstedt, K.; Barrau, S.; Inganas, O.; Andersson, M. R. J.
Mater. Chem., 2008, 18, 5468. (e) Tam, T. L.; Li, H.; Lam, Y.
M.; Mhaisalkar, S. G.; Grimsdale, A. C. Org. Lett. 2011, 13,
4612. (f) Cheng,Y.-J.; Yang, S.-H.; Hsu, C.-S. Chem. Rev. 2009, 109,
5868. (g) Blouin, N.; Michaud, A.; Gendron, D.; Wakim, S.; Blair, E.; Neagu-Plesu,
R.; Belletete, M.; Durocher, G.; Tao, Y.; Leclerc, M. J. Am. Chem. Soc. 2008,
130, 732. (h) Xiao, S.; Zhou, H.; You, W. Macromolecules 2008,
41, 5688.]制备。
(2) 化合物b可通过两种方法制备：
(a) 在惰性气体保护下，将一定量的化合物a与摩尔量是化合物a的2倍以上的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80°C以上，并反应3小时以上；
(b) 或者在惰性气体保护下，将一定量的化合物a与摩尔量是化合物a的2倍以上的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物a的2倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80°C以上，反应3小时以上。
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物b。
(3) 化合物c的制备：
在惰性气体保护下，将一定量的化合物b溶于有机溶剂中，同时加入化合物b摩尔量0.9倍以上的N,N-二甲基甲酰胺和三氯氧磷，加热至40°C以上，并反应3小时以上。待反应结束后，将溶液pH值调到7。用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物c。
(4) 化合物d的制备：
在惰性气氛下，将一定量的c溶于有机溶剂中，加入化合物c摩尔量0.9倍以上的N-溴代琥珀酰亚胺，搅拌10分钟以上，反应结束后，加入水终止反应，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物d。
(5) 化合物e可通过两种方法制备：
(a) 将一定量的化合物d与摩尔量是化合物d的1倍量以上的电子给体锡试剂混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物d的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80°C以上，并反应3小时以上；
(b) 或者在惰性气体保护下，将一定量的化合物d与摩尔量是化合物d的1倍以上的电子给体硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物d的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物d的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80°C以上，反应3小时以上。
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物g。
(6) 染料f可通过两种方法制备：
(a) 将化合物e溶于冰醋酸中，加入摩尔量是化合物e摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物e摩尔量1%以上的醋酸铵，氮气下回流2小时以上；
(b) 或者将化合物e溶于有机溶剂中，加入摩尔量是化合物e摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物e摩尔量1%以上的哌啶，加热回流2小时以上。
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到染料f。
二、当n≠m时，其合成路线如下所示：
(1) 化合物g可通过两种方法制备：
(a) 在惰性气体保护下，将一定量的化合物a与摩尔量是化合物a的0.3~3倍量的电子给体取代的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80°C以上，并反应3小时以上；
(b) 或者在惰性气体保护下，将一定量的化合物a与摩尔量是化合物a的0.3~3倍量的电子给体取代的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物a的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80°C以上，反应3小时以上。
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物g。
(2) 化合物h可通过两种方法制备：
在惰性气体保护下，将一定量的化合物g与摩尔量是化合物g的0.5~2倍量的醛基取代的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物g的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80°C以上，并反应3小时以上；(b) 或者在惰性气体保护下，将一定量的化合物g与摩尔量是化合物g的0.3~3倍量的醛基取代的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物g的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80°C以上，反应3小时以上。
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物h。
(3) 染料i可通过两种方法制备：
(a) 将化合物h溶于冰醋酸中，加入摩尔量是化合物h摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物h摩尔量1%以上的醋酸铵，氮气下回流2小时以上；
(b) 或者将化合物h溶于有机溶剂中，加入摩尔量是化合物h摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物h摩尔量1%以上的哌啶，加热回流2小时以上。当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到染料i。
本发明所述的含吡嗪环的有机染料可用于染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池器件的结构如图1所示：其中1是热塑膜，2是电解质，3是铂电极，4是TiO2，5是镀有氟代氧化锡层的导电玻璃。本发明所述含吡嗪环的有机染料吸附在TiO2薄膜上用作工作电极，制备液态电解质染料敏化电池、准固态电池、全固态电池，实现光电转换功能。具体电池制备方法参考(a)
Wang, Z.-S.; Kawauchi, H.; Kashima, T.; Arakawa, H. Coord. Chem. Rev. 2004,
248, 1381；(b) P. Wang, S.
M. Zakeeruddin, J. E. Moser, M. K. Nazeeruddin, T. Sekiguchi and M. Grätzel, Nat.
Mater. 2003, 2, 402；(c)
Wang, H.; Zhang, X.; Gong, F.; Zhou, G.; Wang, Z.-S. Adv. Mater. 2012,
24, 121。
本发明所述的含吡嗪环的有机染料与钌类染料相比，其原料结构简单、价廉易得、且供应充足，易于纯化。具有成本低，易于制备等优点。此外，吡嗪及其衍生物具有良好的光电性能，如电子传输能力和强拉电子能力，是一类优良的光伏材料，将这一类有机染料应用到染料敏化太阳能电池中，可获得超过8%的能量转化效率。因此，该类染料在染料敏化太阳能电池领域中具有良好的开发和应用前景。
附图说明
图1为染料敏化太阳能电池结构示意图。
图中标号：1.热塑膜；2.电解质；3.铂电极；4.TiO2；5.镀有氟代氧化锡层的导电玻璃。
具体实施方式
一、染料1的合成：
实施例1：染料中间体1c的制备
在氮气保护下，将1.00 g (2.39 mmol) 1a(合成方法参考文献Mondal, R.; Miyaki, N.; Becerril, H. A.; Norton, J. E.;
Parmer, J.; Mayer, A. C.; Tang, M. L.; Bredas, J. L.; McGehee, M. D.; Bao, Z.
N. Chem. Mater. 2009, 21, 3618.)，2.43 g (5.00 mmol) 1b 溶于40 mL DMF中，加入110 mg (0.10 mmol)
Pd(PPh3)4，加热至85°C，反应5小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到1.33
g化合物1c，产率86%。
实施例2：染料中间体1d的制备
在氮气保护下，将0.80 g (1.23 mmol) 1c溶于30 mL 二氯甲烷中， 加0.12
mL (1.29 mmol)三氯氧磷，0.14 mL (1.81 mmol) DMF，加热到70°C回流8小时，待反应结束后，加饱和乙酸钠搅拌半小时，用氢氧化钠溶液将溶液pH值调到7。用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到0.78
g化合物1d，产率93%。
实施例3：染料中间体1e的制备
在氮气保护下，将0.74 g (1.09 mmol) 1d溶于30 mL 氯仿和10 mL 冰醋酸中， 加0.29 g (1.64 mmol) N-溴代琥珀酰亚胺，室温搅拌5小时，反应结束后，加入水终止反应，用二氯甲烷萃取，有机相用氢氧化钠溶液和水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到0.69
g化合物1e，产率83%。
实施例4：染料中间体1g的制备
在氮气保护下，将302 mg (0.40 mmol) 1e，321 mg (0.60 mmol) 1f 溶于20 mL DMF中，加入60 mg (0.05
mmol) Pd(PPh3)4，加热至90°C，反应7小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到279
mg化合物1g，产率76%。
实施例5：染料1的制备
在氮气保护下，将156 mg (0.17 mmol) 1g，29 mg (0.34 mmol)氰基乙酸溶于15 mL乙腈中，加入0.10 mL (1.01 mmol) 哌啶，加热回流8小时。用二氯甲烷萃取，有机相用稀盐酸和去离子水多次洗涤，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到119 mg染料1, 收率71%。组装准固态染料敏化电池后，开路电压为0.48 V，短路电流为16.24
mA/cm2，填充因子为68%，能量转换效率为5.3%。
二、染料2的合成
实施例6：染料中间体2c的制备
在氮气保护下，将202 mg (0.70 mmol) 2b(合成方法参考文献Bijleveld, J. C.; Shahid, M.; Gilot, J.; Wienk, M. M.;
Janssen, R. A. J. Adv. Funct. Mater. 2009,
19, 3262.)，439 mg (0.70
mmol) 2a 溶于30 mL 甲苯中，加入70 mg (0.06 mmol) Pd(PPh3)4，2.76 g (20.00 mmol) K2CO3，10 mL H2O，搅拌加热至80°C，反应9小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到259
mg化合物2c，产率52%。
实施例7：染料中间体2e的制备
在氮气保护下，将 213 mg (0.30 mmol) 2c， 193 mg (0.40 mmol) 2d和65 mg (0.06 mmol) Pd(PPh3)4溶于25 mL DMF中，95°C反应10小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到200
mg化合物2e，产率81%。
实施例8：染料2的制备
在氮气保护下，将148 mg (0.18 mmol) 2e，46 mg (0.54 mmol)氰基乙酸和20 mg
(0.26 mmol)醋酸铵溶于30 mL冰醋酸中，加热回流15小时。二氯甲烷稀释，去离子水多次洗涤，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到109 mg染料2, 收率68%。按标准方法组装液态电解质染料敏化电池后，开路电压为0.67 V，短路电流为16.74
mA/cm2，填充因子为74.73%，能量转换效率为8.34%。
三、染料3的合成
。
实施例9：染料中间体3c的制备
在氮气保护下，将387 mg (0.60 mmol) 3a(合成方法参考文献Zhang, F.; Bijleveld, J.; Perzon, E.; Tvingstedt, K.;
Barrau, S.; Inganas, O.; Andersson, M. R. J. Mater. Chem., 2008, 18,
5468.)，343 mg (0.60 mmol) 3b 溶于35 mL 甲苯中，加入81 mg (0.07
mmol) Pd(PPh3)4，2.76
g (20.00 mmol) K2CO3，10 mL
H2O，搅拌加热至88°C，反应15小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到285
mg化合物3c，产率47%。
实施例10：染料中间体3e的制备
在氮气保护下，将 262 mg (0.26 mmol) 3c， 140 mg (0.35 mmol) 3d和69 mg (0.06 mmol) Pd(PPh3)4溶于25 mL DMF中，95°C反应10小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到208
mg化合物3e，产率77%。
实施例11：染料3的制备
在氮气保护下，将177 mg (0.17 mmol) 3e，43 mg (0.50 mmol)氰基乙酸和20 mg
(0.26 mmol)醋酸铵溶于30 mL冰醋酸中，加热回流20小时。二氯甲烷稀释，去离子水多次洗涤，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到122 mg染料3, 收率65%。按标准方法组装染料敏化电池后，开路电压为0.63 V，短路电流为12.85
mA/cm2，填充因子为0.76，能量转换效率为6.15%。
四、染料4的合成
实施例12：染料中间体4c的制备
在氮气保护下，将0.88 g (2.00 mmol) 4a(合成方法参考文献Tam, T. L.; Li, H.; Lam, Y. M.; Mhaisalkar, S. G.;
Grimsdale, A. C. Org. Lett. 2011, 13, 4612.)，2.73 g (6.00 mmol) 4b 溶于40 mL DMF中，加入130 mg (0.11
mmol) Pd(PPh3)4，加热至100°C，反应6小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到0.92
g化合物4c，产率75%。
实施例13：染料中间体4d的制备
在氮气保护下，将734 mg (1.20 mmol) 4c溶于35 mL 二氯甲烷中， 加0.12
mL (1.29 mmol)三氯氧磷，0.14 mL (1.81 mmol) DMF，加热到70°C回流10小时，待反应结束后，加饱和乙酸钠搅拌半小时，用氢氧化钠溶液将溶液pH值调到7。用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到606
mg化合物4d，产率79%。
实施例14：染料中间体4e的制备
在氮气保护下，将576 mg (0.90 mmol) 4d溶于40 mL 氯仿和13 mL 冰醋酸中， 加320 mg (1.80 mmol) N-溴代琥珀酰亚胺，室温搅拌15小时，反应结束后，加入水终止反应，用二氯甲烷萃取，有机相用氢氧化钠溶液和水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到556
mg化合物4e，产率86%。
实施例15：染料中间体4g的制备
在氮气保护下，将431 mg (0.60 mmol) 4e，439 mg (0.70 mmol) 4f溶于40 mL 甲苯中，加入92 mg (0.08
mmol) Pd(PPh3)4，2.76
g (20.00 mmol) K2CO3，10 mL
H2O，搅拌加热至90°C，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到492
mg化合物4g，产率72%。
实施例16：染料4的制备
在氮气保护下，将171 mg (0.15 mmol) 4g，38 mg (0.45 mmol)氰基乙酸溶于15 mL乙腈中，加入0.10 mL (1.01 mmol) 哌啶，加热回流12小时。用二氯甲烷萃取，有机相用稀盐酸和去离子水多次洗涤，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到100 mg染料4, 收率55%。按标准方法组装全固态染料敏化电池后，开路电压为0.56 V，短路电流为12.43
mA/cm2，填充因子为0.65，能量转换效率为4.52%。
五、染料5的合成
实施例17：染料中间体5c的制备
在氮气保护下，将625 mg (1.00 mmol) 5a (合成方法参考文献Xiao, S.; Zhou, H.; You, W. Macromolecules 2008,
41, 5688.)，1.12 g (3.00
mmol) 5b 溶于30 mL DMF中，加入110 mg (0.10 mmol) Pd(PPh3)4，加热至95°C，反应9小时，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到524
mg化合物5c，产率83%。
实施例18：染料中间体5d的制备
在氮气保护下，将505 mg (0.80 mmol) 5c溶于20 mL 二氯甲烷中， 加0.08
mL (0.86 mmol)三氯氧磷，0.14 mL (1.81 mmol) DMF，加热到70°C回流15小时，待反应结束后，加饱和乙酸钠搅拌半小时，用氢氧化钠溶液将溶液pH值调到7。用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到411
mg化合物5d，产率78%。
实施例19：染料中间体5e的制备
在氮气保护下，将395 mg (0.60 mmol) 5d溶于30 mL 氯仿和10 mL 冰醋酸中， 加178 mg (1.00 mmol) N-溴代琥珀酰亚胺，室温搅拌10小时，反应结束后，加入水终止反应，用二氯甲烷萃取，有机相用氢氧化钠溶液和水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到376
mg化合物5e，产率85%。
实施例20：染料中间体5g的制备
在氮气保护下，将354 mg (0.48 mmol) 5e，237 mg (0.55 mmol) 5f 溶35 mL甲苯中，加入81 mg (0.07
mmol) Pd(PPh3)4，2.76
g (20.00 mmol) K2CO3，10 mL
H2O，搅拌加热至87°C，当反应完全后，将反应体系倒入水中，用二氯甲烷萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到332
mg化合物5g，产率72%。
实施例21：染料5的制备
在氮气保护下，将192 mg (0.20 mmol) 5g，51 mg (0.60 mmol)氰基乙酸溶于20 mL乙腈中，加入0.10 mL (1.01 mmol) 哌啶，加热回流15小时。用二氯甲烷萃取，有机相用稀盐酸和去离子水多次洗涤，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到135 mg染料5, 收率56%。按标准方法组装染料敏化电池后，开路电压为0.65 V，短路电流为15.23
mA/cm2，填充因子为0.71，能量转换效率为7.03%。
Claims (4)
1.一类含有吡嗪环的有机染料，其特征在于这类染料具有以下结构通式：
式中，R’和R”为氢、烷烃基或芳烷基，n和m为0～2的整数；
其中R1～R8为氢、烷烃基或芳烷基；
其中R9为氢、烷烃基或芳烷基。
2.一种如权利要求1所述的含有吡嗪环的有机染料的合成方法，其特征在于包括两种路线：
一、当n=m时，其合成路线如下所示：
(1)起始原料a的制备：根据已有技术制备；
(2)化合物b通过下述两种方法制备：
(a)在惰性气体保护下，将化合物a与摩尔量是化合物a的2倍以上的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80℃以上，并反应3小时以上；
(b)或者在惰性气体保护下，将化合物a与摩尔量是化合物a的2倍以上的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物a的2倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80℃以上，反应3小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物b；
(3)化合物c的制备：
在惰性气体保护下，将化合物b溶于有机溶剂中，同时加入化合物b摩尔量0.9倍以上的N,N-二甲基甲酰胺和三氯氧磷，加热至40℃以上，并反应3小时以上；反应结束后，将溶液pH值调到7，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物c；
(4)化合物d的制备：
在惰性气氛下，将化合物c溶于有机溶剂中，加入化合物c摩尔量0.9倍以上的N-溴代琥珀酰亚胺，搅拌10分钟以上，反应结束后，加入水终止反应，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物d；
(5)化合物e通过下述两种方法制备：
(a)将化合物d与摩尔量是化合物d的1倍量以上的电子给体锡试剂混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物d的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80℃以上，并反应3小时以上；
(b)或者在惰性气体保护下，将化合物d与摩尔量是化合物d的1倍以上的电子给体硼酸混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物d的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物d的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80℃以上，反应3小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物g；
(6)染料f通过下述两种方法制备：
(a)将化合物e溶于冰醋酸中，加入摩尔量是化合物e摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物e摩尔量1%以上的醋酸铵，氮气下回流2小时以上；
(b)或者将化合物e溶于有机溶剂中，加入摩尔量是化合物e摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物e摩尔量1%以上的哌啶，加热回流2小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到染料f；
二、当n≠m时，其合成路线如下所示：
(1)化合物g通过下述两种方法制备：
(a)在惰性气体保护下，将化合物a与摩尔量是化合物a的0.3～3倍量的电子给体取代的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80℃以上，并反应3小时以上；
(b)或者在惰性气体保护下，将化合物a与摩尔量是化合物a的0.3～3倍量的电子给体取代的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物a的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80℃以上，反应3小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物g；
(2)化合物h通过下述两种方法制备：
在惰性气体保护下，将化合物g与摩尔量是化合物g的0.5～2倍量的醛基取代的(烷基取代齐聚)噻吩三丁基锡混合并溶于甲苯或N,N-二甲基甲酰胺中，加入摩尔量是化合物g的0.1%以上的四三苯基磷合钯，加热至80℃以上，并反应3小时以上；
(b)或者在惰性气体保护下，将一定量的化合物g与摩尔量是化合物g的0.3～3倍量的醛基取代的(烷基取代齐聚)噻吩硼酸(酯)混合并溶于甲苯或四氢呋喃中，加入摩尔量是化合物a的0.1%以上的四三苯基磷合钯，将摩尔量是化合物g的1倍以上的碳酸碱金属盐溶于足量水中，加入反应瓶，并将反应瓶加热至80℃以上，反应3小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到化合物h；
(3)染料i通过下述两种方法制备：
(a)将化合物h溶于冰醋酸中，加入摩尔量是化合物h摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物h摩尔量1%以上的醋酸铵，氮气下回流2小时以上；
(b)或者将化合物h溶于有机溶剂中，加入摩尔量是化合物h摩尔量1倍以上的氰基乙酸和摩尔量是化合物h摩尔量1%以上的哌啶，加热回流2小时以上；
当上述两种条件下的反应结束后，将反应体系倒入水中，用不溶于水的有机溶剂萃取，有机相用水洗涤多次，干燥，除尽溶剂，柱分离提纯得到染料i。
3.如权利要求1所述的含有吡嗪环的有机染料在染料敏化太阳能电池中应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于将权利要求1所述的含有吡嗪环的有机染料吸附在TiO2薄膜上，用作工作电极，制备液态电解质染料敏化电池、准固态电池或全固态电池，实现光电转换功能。
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