CN104529988A - 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法 - Google Patents

一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104529988A
CN104529988A CN201410646998.2A CN201410646998A CN104529988A CN 104529988 A CN104529988 A CN 104529988A CN 201410646998 A CN201410646998 A CN 201410646998A CN 104529988 A CN104529988 A CN 104529988A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plateau
anthocyanidin
flower
chemically modified
highland
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410646998.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104529988B (zh
Inventor
王刚
杨桂军
林红
南辉
陈慧媛
韦浩民
李春梅
张万军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qinghai University
Original Assignee
Qinghai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qinghai University filed Critical Qinghai University
Priority to CN201410646998.2A priority Critical patent/CN104529988B/zh
Publication of CN104529988A publication Critical patent/CN104529988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104529988B publication Critical patent/CN104529988B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D311/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only hetero atom, condensed with other rings
    • C07D311/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one oxygen atom as the only hetero atom, condensed with other rings ortho- or peri-condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D311/04Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring
    • C07D311/58Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring other than with oxygen or sulphur atoms in position 2 or 4
    • C07D311/60Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring other than with oxygen or sulphur atoms in position 2 or 4 with aryl radicals attached in position 2
    • C07D311/62Benzo[b]pyrans, not hydrogenated in the carbocyclic ring other than with oxygen or sulphur atoms in position 2 or 4 with aryl radicals attached in position 2 with oxygen atoms directly attached in position 3, e.g. anthocyanidins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B61/00Dyes of natural origin prepared from natural sources, e.g. vegetable sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2059Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域,具体地说是涉及用于染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂的改性。本发明方法包括干燥粉碎步骤、浸泡得金莲花色素原液步骤、金莲花色素原液浓缩步骤、去除浓缩溶剂步骤、酯化反应步骤、去除酯化反应溶剂步骤、萃取提纯步骤。本发明充分利用青藏高原海拔高、紫外线照射时间长的地理特点,选取含有花青素的青藏高原植物,从中提取用于染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂,并对其进行化学修饰。这种进行过化学修饰的高原天然染料敏化剂一方面提高了高原天然染料敏化太阳能电池的稳定性,另一方面提高了电池的开路电压和光电转换效率,并且化学修饰过程简单、易控等优点,有较好的市场发展前景。

Description

一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,具体地说是涉及染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂的改性。
背景技术
染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,简称DSC),又叫“Gratzel”电池,是1991年瑞士洛桑联邦理工(EPFL)的M·Gratzel教授的团队发明的一种新型高效太阳能电池。不仅制作工艺非常简单,而且不需要昂贵又耗能的高温处理和高真空加工,因此器件的生产成本十分低廉,据估计仅硅基太阳能电池的1∕5左右。DSC的理论转换效率很同,可达33%,超过单晶硅基太阳能电池的理论转换效率。基于以上原因,DSC也因而被认为是传统硅基电池的有力竞争者与替代者,在全球学术界与工业界吸引着越来越多的研究热情。
    染料敏化太阳能电池(DSC)是模拟植物光合作用进行光电转换的一种电池,其中染料敏化剂是DSC的关键组成部分,它吸附于纳米多孔TiO2薄膜的粒子,吸收太阳光产生光电子,并将光电子注入到TiO2的导带中。作为DSC的染料敏化剂需要对太阳光有良好的吸收性能,带有可以与TiO2发生化学吸附的基团(如羟基、羧基、磷酸基等),能够向TiO2注入电子以及比较好的稳定性等。目前人们已经合成出了近千种染料,其中以钌的联吡啶配合物的光电性能最好,但由于它的成本比较高,合成困难,在一定程度上限制了它的大规模的使用。
    天然染料敏化剂是直接从植物中提取的,获得染料的过程相对简单,生产成本较低,且与环境友好,但是天然染料敏化剂作为DSC的染料敏化剂存在着一定的不足,导致天然染料敏化太阳能电池的稳定性不理想,光电转换效率不高。
发明内容
本发明的目的是解决现有高原天然染料敏化剂光电转换效率低的问题。提供一种对现有的高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,以提高高原天然染料敏化太阳能电池的性能。
本发明一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法通过下述技术方案予以实现:一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法包括如下步骤:
步骤1:将采摘自青藏高原的金莲花的花瓣摘出,用清水洗净阴干,然后放置在50℃的鼓风干燥箱中干燥15min,粉碎,得到红色花瓣粉末备用;
步骤2:将0.5克的金莲花花瓣粉末放置在50ml的无水乙醇溶液中,避光保存并浸泡过夜,温度保持在35℃,然后利用抽滤漏斗抽滤得到金莲花色素的原液;
步骤3:利用旋转蒸发仪,温度在25℃-40℃之间,当金莲花色素原液浓缩至原溶液的1∕2时,利用石油醚进行萃取,重复2-3次,直至石油醚相无色,去除石油醚相;
步骤4:将得到的乙醇相减压蒸馏至溶剂完全除去,得到暗红色的花青素;
步骤5:利用50ml的DMF溶解0.03g的花青素,加入0.045ml的乙氯酰,同时缓慢升温至120℃下进行油浴反应3.5h后,完成酯化反应部分;
步骤6:反应完成后将体系加入圆底烧瓶中,进行减压旋转蒸发,除去溶剂以及多余的乙酰氯后,即得到酯化后的花青素;
步骤7:将得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇进行萃取提纯,得到甲醇部分,并对甲醇部分利用Sephades LH20层析柱进行纯化,分离得到进行化学修饰后的高原天然染料敏化剂。
本发明一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法与现有技术相比较有如下有益效果:本发明首次提供了对用于染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,与现有的高原天然染料敏化剂相比,具有提高高原染料敏化太阳能电池光电性能的优点。与现有的合成染料相比,具有制备方法简单易行,反应易于控制,原料丰富等特点。所以本发明对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,对高原天然染料敏化太阳能电池的应用有十分重要的意义。另外,高原植物的开发又能鼓励青藏高原农牧民适当的种植高原植物金莲花,为其提供一条创收渠道,具有很好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法技术方案作进一步描述。
一种对高原天然染料敏化剂进行改性的方法,其特征在于:利用酰化反应,减少花青素中的部分—OH,避免远离TiO2光阳极的地方也有多个亲水性官能团—OH。所述的需要进行化学修饰的高原天然染料敏化剂是分子结构中含有多个—OH的植物花青素类,其分子结构式如下:
通过酰化反应,去掉部分远离TiO2光阳极的—OH。
优选地,所述的需要进行化学修饰的高原天然染料敏化剂为花青素是从青藏高原植物中提取所得。
一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法包括如下步骤:
1)花瓣干燥粉碎,将采摘自青藏高原的金莲花红色花瓣用清水洗净阴干,放置在50℃的鼓风干燥箱中干燥15min,粉碎,得到红色花瓣粉末备用;
2)将步骤1)得到的金莲花红色花瓣粉末放置在乙醇溶液中,避光保存并浸泡过夜,过滤得到高原植物色素的原液;
3)将步骤2)得到的高原植物色素原液浓缩至原溶液的1∕2时,利用石油醚进行萃取,重复2-3次,去除石油醚相;
4)将步骤3)得到的乙醇相减压蒸馏至溶剂完全除去,得到暗红色的花青素;
5)利用DMF溶解步骤4提取出的花青素,加入一定量的乙氯酰,同时缓慢升温至一定温度进行油浴冷凝,反应一定的时间,完成酯化反应部分;
6)反应完成后将体系加入圆底烧瓶中,进行减压旋转蒸发,除去溶剂以及多余的乙酰氯后,即得到酯化后的花青素;
7)将得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇进行萃取提纯,得到甲醇部分,并对甲醇部分利用Sephades LH20层析柱进行纯化,分离得到进行化学修饰后的高原天然染料敏化剂。
实施例1。
对用于染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法:
步骤1:将采摘自青藏高原的金莲花的花瓣摘出,用清水洗净阴干,然后放置在50℃的鼓风干燥箱中干燥15min,粉碎,得到红色花瓣粉末备用;
步骤2:将0.5克的金莲花花瓣粉末放置在50ml的无水乙醇溶液中,避光保存并浸泡过夜,温度保持在35℃,然后利用抽滤漏斗抽滤得到金莲花色素的原液;
步骤3:利用旋转蒸发仪,温度在25℃-40℃之间,当金莲花色素原液浓缩至原溶液的1∕2时,利用石油醚进行萃取,重复2-3次,直至石油醚相无色,去除石油醚相;
步骤4:将得到的乙醇相减压蒸馏至溶剂完全除去,得到暗红色的花青素;
步骤5:利用50ml的DMF溶解0.03g的花青素,加入0.045ml的乙氯酰,同时缓慢升温至120℃下进行油浴反应3.5h后,完成酯化反应部分。
步骤6:反应完成后将体系加入圆底烧瓶中,进行减压旋转蒸发,除去溶剂以及多余的乙酰氯后,即得到酯化后的花青素。
步骤7:将得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇进行萃取提纯,得到甲醇部分,并对甲醇部分利用Sephades LH20层析柱进行纯化,分离得到进行化学修饰后的高原天然染料敏化剂。

Claims (3)

1.一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,其特征在于所述的方法包括如下步骤:
步骤1干燥粉碎步骤:将采摘自青藏高原的金莲花的花瓣摘出,用清水洗净阴干,然后放置在50℃的鼓风干燥箱中干燥15min,粉碎,得到红色花瓣粉末备用;
步骤2浸泡得金莲花色素原液步骤:将0.5克的金莲花花瓣粉末放置在50ml的无水乙醇溶液中,避光保存并浸泡过夜,温度保持在35℃,然后利用抽滤漏斗抽滤得到金莲花色素的原液;
步骤3金莲花色素原液浓缩步骤:利用旋转蒸发仪,温度在25℃-40℃之间,当金莲花色素原液浓缩至原溶液的1∕2时,利用石油醚进行萃取,重复2-3次,直至石油醚相无色,去除石油醚相;
步骤4去除溶剂步骤:将得到的乙醇相减压蒸馏至溶剂完全除去,得到暗红色的花青素;
步骤5酯化反应步骤:利用50ml的DMF溶解0.03g的花青素,加入0.045ml的乙氯酰,同时缓慢升温至120℃下进行油浴反应3.5h后,完成酯化反应部分;
步骤6去除酯化反应溶剂步骤:反应完成后将体系加入圆底烧瓶中,进行减压旋转蒸发,除去溶剂以及多余的乙酰氯后,即得到酯化后的花青素;
步骤7萃取提纯步骤:将得到酰化后的花青素利用正己烷和甲醇进行萃取提纯,得到甲醇部分,并对甲醇部分利用Sephades LH20层析柱进行纯化,分离得到进行化学修饰后的高原天然染料敏化剂。
2.根据权利要求1所述的对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,其特征在于:利用酰化反应,减少花青素中的部分—OH,避免远离光阳极的地方有多个亲水性官能团—OH。
3.根据权利要求1所述的对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法,其特征在于:所述的需要进行化学修饰的高原天然染料敏化剂为花青素是从青藏高原植物中提取所得。
CN201410646998.2A 2014-11-16 2014-11-16 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法 Expired - Fee Related CN104529988B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410646998.2A CN104529988B (zh) 2014-11-16 2014-11-16 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410646998.2A CN104529988B (zh) 2014-11-16 2014-11-16 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104529988A true CN104529988A (zh) 2015-04-22
CN104529988B CN104529988B (zh) 2016-05-18

Family

ID=52845660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410646998.2A Expired - Fee Related CN104529988B (zh) 2014-11-16 2014-11-16 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104529988B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105504865A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 重庆大学 一种酯化修饰萝卜红色素的制备及纯化方法
CN105925005A (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 江苏省农业科学院 一种高纯度花色苷色素粉末的制备方法
CN106280545A (zh) * 2016-08-05 2017-01-04 宁波金特信钢铁科技有限公司 一种侧链近红外有机光敏染料的制备方法
CN106318620A (zh) * 2016-08-15 2017-01-11 中国石油大学(华东) 微藻天然染料的制备及其应用
CN107312354A (zh) * 2017-06-08 2017-11-03 青海大学 一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法
CN112768249A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 山东力诺光伏高科技有限公司 一种绿色环保的石墨烯太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨桂军等: "《pH值对金莲花染料敏化太阳能电池性能的影响》", 《物理化学学报》, vol. 29, no. 3, 31 March 2013 (2013-03-31), pages 539 - 545 *
杨桂军等: "《改性后金莲花色素在染料敏化太阳能中的应用》", 《第十八届全国高级啥陶瓷学术年会摘要及》, 19 November 2014 (2014-11-19), pages 1 - 2 *
杨桂军等: "《染料敏化太阳能电池天然敏化剂的研究进展》", 《材料导报A :综述篇》, vol. 26, no. 3, 31 March 2012 (2012-03-31), pages 62 - 65 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105504865A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 重庆大学 一种酯化修饰萝卜红色素的制备及纯化方法
CN105925005A (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 江苏省农业科学院 一种高纯度花色苷色素粉末的制备方法
CN106280545A (zh) * 2016-08-05 2017-01-04 宁波金特信钢铁科技有限公司 一种侧链近红外有机光敏染料的制备方法
CN106318620A (zh) * 2016-08-15 2017-01-11 中国石油大学(华东) 微藻天然染料的制备及其应用
CN107312354A (zh) * 2017-06-08 2017-11-03 青海大学 一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法
CN112768249A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 山东力诺光伏高科技有限公司 一种绿色环保的石墨烯太阳能电池及其制备方法
CN112768249B (zh) * 2020-12-30 2022-07-22 山东力诺光伏高科技有限公司 一种绿色环保的石墨烯太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104529988B (zh) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104529988A (zh) 一种对高原天然染料敏化剂进行化学修饰的方法
Richhariya et al. Natural dyes for dye sensitized solar cell: A review
CN103450701A (zh) 用于染料敏化太阳能电池的高原天然染料敏化剂
CN103657600B (zh) 一种改性水处理吸附剂及其制备方法与应用
CN102074374B (zh) 掺杂染料敏化太阳电池光阳极、其制备方法及其应用
CN105131640A (zh) 异吡咯并吡咯二酮染料及其应用
CN102250484A (zh) 用于染料敏化太阳能电池的咔唑基有机染料及其制备方法
CN103554106A (zh) 胺基/氧化胺修饰的苝二酰亚胺衍生物,其制备方法及应用
CN103214410B (zh) 一系列不对称方酸菁小分子及其制备方法和应用
CN101510472B (zh) 有机染料敏化锡酸锌纳米晶薄膜的太阳能电池及其制备方法
CN103145761A (zh) 利用重结晶法提纯钌络合物粗产品的方法
CN107312354A (zh) 一种天然染料敏化剂黑枸杞色素的提取及其酰化的方法
CN108806991B (zh) 用于染料敏化太阳能电池的花青素改性方法
CN105374939A (zh) 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
CN103268919A (zh) 一种TiO2薄膜及P3HT/TiO2有机无机杂化的异质结薄膜的制备方法
CN104231015A (zh) 一种党参炔苷的制备方法
Yin The application of natural dyes in dye-sensitized solar cells
CN104497053B (zh) 利用反萃取提纯钌络合物粗产品的方法
CN109942572B (zh) 一种v型有机染料敏化剂及其制备方法和应用
CN103013178B (zh) 利用重结晶法提纯钌络合物粗产物的方法
CN106190579A (zh) 提取荆芥穗香料的方法
Safaei-Ghomi et al. Energy production using dye-sensitized solar cells by TiO2 nanoparticles fabricated with several natural dyes
CN101492477B (zh) 一种光敏化剂、复合光催化剂及其制备方法
CN104072570A (zh) 一种地肤子皂苷Ic的制备方法
CN105295422A (zh) 一种吩噻嗪类染料敏化剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160518

Termination date: 20171116

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee