JPWO2013089194A1 - Binuclear ruthenium complex dye, photoelectric conversion element having the dye, and photochemical battery - Google Patents

Binuclear ruthenium complex dye, photoelectric conversion element having the dye, and photochemical battery Download PDF

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Abstract

本発明は、より高い電流密度を有し、より高効率の光電変換素子、及び光化学電池を提供するための二核ルテニウム錯体色素に関し、また、当該二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子と、イオン液体を主成分とする電解質溶液とを備えた、変換効率が高い光化学電池にも関する。The present invention relates to a binuclear ruthenium complex dye having a higher current density and higher efficiency, and a photochemical battery, and semiconductor fine particles sensitized with the dinuclear ruthenium complex dye The present invention also relates to a photochemical battery having a high conversion efficiency, and an electrolyte solution containing an ionic liquid as a main component.

Description

本発明は、新規な二核ルテニウム錯体色素、当該色素を有する光電変換素子及び光化学電池に関する。   The present invention relates to a novel binuclear ruthenium complex dye, a photoelectric conversion element having the dye, and a photochemical battery.

太陽電池はクリーンな再生型エネルギー源として大きく期待されており、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、アモルファスシリコン系の太陽電池や、テルル化カドミウム、セレン化インジウム銅などの化合物からなる太陽電池の実用化をめざした研究がなされている。しかし、家庭用電源として普及させるためには、いずれの電池も製造コストが高いことや、原材料の確保が困難なこと、リサイクルの問題、また大面積化が困難であるなど克服しなければならない多くの問題を抱えている。そこで、大面積化や低価格化を目指し有機材料を用いた太陽電池が提案されてきたが、いずれも変換効率が1%程度と実用化にはほど遠いものであった。   Solar cells are highly expected as a clean renewable energy source. Solar cells made of single crystal silicon, polycrystalline silicon, or amorphous silicon, or solar cells made of compounds such as cadmium telluride and indium copper selenide Research aimed at practical application has been made. However, in order to spread it as a household power source, all of the batteries must be overcome, such as high manufacturing costs, difficulty in securing raw materials, recycling problems, and difficulty in increasing the area. Have problems. Thus, solar cells using organic materials have been proposed with the aim of increasing the area and reducing the price, but all have a conversion efficiency of about 1%, which is far from practical use.

こうした状況の中、1991年にグレッツェルらにより、色素によって増感された半導体微粒子を用いた光電変換素子および太陽電池、ならびにこの太陽電池の作製に必要な材料及び製造技術が開示された(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。この電池は、ルテニウム色素によって増感された多孔質チタニア薄膜を作用電極とする湿式太陽電池である。この太陽電池の利点は、安価な材料を高純度に精製する必要がなく用いられるため、安価な光電変換素子として提供できること、さらに用いられる色素の吸収がブロードであり、広い可視光の波長域にわたって太陽光を電気に変換できることである。しかしながら、実用化のためにはさらなる変換効率の向上が必要であり、より高い吸光係数を有し、より長波長域まで光を吸収する色素の開発が望まれている。   Under such circumstances, Gretzell et al. In 1991 disclosed a photoelectric conversion element and a solar cell using semiconductor fine particles sensitized with a dye, and materials and manufacturing techniques necessary for producing the solar cell (for example, Non-patent document 1 and Patent document 1). This battery is a wet solar cell using a porous titania thin film sensitized with a ruthenium dye as a working electrode. The advantage of this solar cell is that it can be used as an inexpensive photoelectric conversion element because it is not necessary to purify an inexpensive material with high purity, and further, the absorption of the dye used is broad, and over a wide visible light wavelength range. It can convert sunlight into electricity. However, further improvement in conversion efficiency is necessary for practical use, and development of a dye having a higher extinction coefficient and absorbing light up to a longer wavelength region is desired.

又、光電変換素子として有用な金属錯体色素として、特許文献2には、ジピリジル配位子含有金属単核錯体が開示されており、非特許文献2には、多核β−ジケトナート錯体色素が開示されている。   Further, as a metal complex dye useful as a photoelectric conversion element, Patent Document 2 discloses a dipyridyl ligand-containing metal mononuclear complex, and Non-Patent Document 2 discloses a polynuclear β-diketonate complex dye. ing.

特許文献3には、光などの活性光線のエネルギーを受けて電子を取り出す光電変換機能の優れた新規な複核錯体として、複数の金属と複数の配位子を有し、その複数の金属に配位する橋かけ配位子(BL)が複素共役環を有する配位構造と複素共役環を有しない配位構造を有する複核錯体が開示されている。   Patent Document 3 discloses a novel multinuclear complex having a photoelectric conversion function that takes out electrons upon receiving the energy of actinic rays such as light, and has a plurality of metals and a plurality of ligands. A binuclear complex having a coordination structure in which the bridging ligand (BL) positioned has a heteroconjugated ring and a coordination structure having no heteroconjugated ring is disclosed.

更に、本出願人による特許文献4及び特許文献5には、高い光電変換効率を有する光電変換素子が得られる金属錯体色素として、複素共役環を有する配位構造を有する二核ルテニウム錯体などの二核金属錯体が開示されている。   Further, in Patent Document 4 and Patent Document 5 by the present applicant, there are two metal complex dyes for obtaining a photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency, such as a binuclear ruthenium complex having a coordination structure having a heteroconjugated ring. A nuclear metal complex is disclosed.

一方、イオン液体を電解質組成物に使用した例としては、特許文献6には、イオン性液体中に銅錯体を溶解させたイオン性液体を含有する電解質組成物、この電解質組成物を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池が開示されている。しかし、この色素増感太陽電池は、変換効率が必ずしも高いわけではなかった。   On the other hand, as an example of using an ionic liquid for an electrolyte composition, Patent Document 6 discloses an electrolyte composition containing an ionic liquid in which a copper complex is dissolved in an ionic liquid, and a photoelectric device using this electrolyte composition. A conversion element and a dye-sensitized solar cell are disclosed. However, this dye-sensitized solar cell does not necessarily have high conversion efficiency.

更に、本出願人による特許文献7には、特許文献4に開示されている二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子と、イオン液体を主成分とする電解質溶液とを備える光化学電池において、高い変換効率を発現することができる当該二核ルテニウム錯体色素とイオン液体の組み合わせが開示されている。   Furthermore, in Patent Document 7 by the present applicant, in a photochemical battery comprising semiconductor fine particles sensitized by a binuclear ruthenium complex dye disclosed in Patent Document 4, and an electrolyte solution containing an ionic liquid as a main component, A combination of the binuclear ruthenium complex dye and an ionic liquid capable of expressing high conversion efficiency is disclosed.

特開平1−220380号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 特開2003−261536号公報JP 2003-261536 A 特開2004−359677号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-359677 国際公開第2006/038587号パンフレットInternational Publication No. 2006/038587 Pamphlet 国際公開第2011/115137号パンフレットInternational Publication No. 2011/115137 Pamphlet 特開2006−107771号公報JP 2006-107771 A 国際公開第2008/153184号パンフレットInternational Publication No. 2008/153184 Pamphlet

Nature、第353巻、737頁、1991年Nature, 353, 737, 1991 色素増感太陽電池の最新技術(株式会社シーエムシー、2001年5月25日発行、117頁)The latest technology of dye-sensitized solar cells (CMC Corporation, issued on May 25, 2001, page 117)

本発明の第1の目的は、より高い電流密度を有し、より高効率の光電変換素子、及び光化学電池を提供するための二核ルテニウム錯体色素を提供することである。本発明の第2の目的は、当該二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子と、イオン液体を主成分とする電解質溶液とを備えた、変換効率が高い光化学電池を提供することである。   The first object of the present invention is to provide a binuclear ruthenium complex dye having a higher current density and a more efficient photoelectric conversion element and photochemical battery. The second object of the present invention is to provide a photochemical battery having high conversion efficiency, comprising semiconductor fine particles sensitized by the binuclear ruthenium complex dye and an electrolyte solution mainly composed of an ionic liquid. .

本発明は以下の事項に関する。
(1) 一般式(1−1)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。
The present invention relates to the following matters.
(1) A dinuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-1) (provided that one or a plurality of carboxyl groups (—COOH) protons (H + ) may be dissociated).

Figure 2013089194
(式中、R及びRは、それぞれ互いに独立に、置換基を有していても良いアリール基又はヘテロアリール基を示し、n及びmは0〜4の整数を示すが、nとmが同時に0となることはない。なお、n又はmが2以上の場合には、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
又、2つの
Figure 2013089194
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent an aryl group or heteroaryl group which may have a substituent, and n and m represent an integer of 0 to 4, but n and m Are not simultaneously 0. When n or m is 2 or more, the plurality of R 1 and the plurality of R 2 may be the same or different, X represents a counter ion, and q Indicates the number of counter ions required to neutralize the charge of the complex.
And two

Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )

(2) 一般式(1−2)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。(2) A binuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-2) (provided that the protons (H + ) of one or more carboxyl groups (—COOH) may be dissociated).

Figure 2013089194
(式中、R乃至Rは、それぞれ互いに独立に、置換基を有していても良いアリール基又はヘテロアリール基を示し、n、m、o及びpは0〜4の整数を示すが、n、m、o及びpが同時に0となることはない。なお、n、m、o又はpが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
Figure 2013089194
(In the formula, R 1 to R 4 each independently represent an aryl group or a heteroaryl group which may have a substituent, and n, m, o and p each represent an integer of 0 to 4. , N, m, o, and p are not simultaneously 0. When n, m, o, or p is 2 or more, a plurality of R 1 , a plurality of R 2 , or a plurality of R 3 and a plurality of R 4 may be the same or different, X represents a counter ion, and q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.

又、2つの   Also two

Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )

(3) 一般式(1−3)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。(3) A binuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-3) (provided that one or a plurality of carboxyl groups (—COOH) protons (H + ) may be dissociated).

Figure 2013089194
(式中、R乃至Rは、それぞれ互いに独立に、
Figure 2013089194
(Wherein R 6 to R 9 are independently of each other,

Figure 2013089194
(式中、Rは炭素原子数1〜12のアルキル基、Zは炭素原子数6〜18のアリーレン基を示す。)
で表されるアルコキシアリーレンエテニル基を示し、s、t、u及びvは0〜4の整数を示すが、s、t、u及びvが同時に0となることはない。なお、s、t、u又はvが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
Figure 2013089194
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and Z represents an arylene group having 6 to 18 carbon atoms.)
And s, t, u and v each represent an integer of 0 to 4, but s, t, u and v are not 0 simultaneously. When s, t, u or v is 2 or more, the plurality of R 6 , the plurality of R 7 , the plurality of R 8 and the plurality of R 9 may be the same or different. X represents a counter ion, and q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.

又、2つの   Also two

Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )

(4) 前記(1)乃至(3)のいずれかの二核ルテニウム錯体色素と半導体微粒子を含むことを特徴とする光電変換素子。
(5) 前記半導体微粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化スズからなる群より選ばれる少なくとも1種の半導体微粒子であることを特徴とする前記(4)の光電変換素子。
(4) A photoelectric conversion element comprising the binuclear ruthenium complex dye according to any one of (1) to (3) and semiconductor fine particles.
(5) The photoelectric conversion element according to (4), wherein the semiconductor fine particles are at least one kind of semiconductor fine particles selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide.

(6) 前記(4)の光電変換素子を備えることを特徴とする光化学電池。
(7) 電極として前記(4)の光電変換素子と対極とを有し、その間に電解質層を有することを特徴とする光化学電池。
(6) A photochemical battery comprising the photoelectric conversion element of (4).
(7) A photochemical battery comprising the photoelectric conversion element of (4) and a counter electrode as electrodes, and an electrolyte layer therebetween.

(8) 前記(1)乃至(3)のいずれかの二核ルテニウム錯体色素を含む溶液に半導体微粒子を浸漬する工程を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
(9) 導電性支持体上に、半導体微粒子を含む半導体層を形成する工程と、
この半導体層を前記(1)乃至(3)のいずれかの二核ルテニウム錯体色素を含む溶液に浸漬する工程と
を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
(8) A method for producing a photoelectric conversion element, comprising a step of immersing semiconductor fine particles in a solution containing the binuclear ruthenium complex dye according to any one of (1) to (3).
(9) forming a semiconductor layer containing semiconductor fine particles on the conductive support;
Immersing this semiconductor layer in a solution containing the binuclear ruthenium complex dye of any one of (1) to (3).

(10) 前記(1)乃至(3)のいずれかの二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子、及び
一般式(2)
(10) Semiconductor fine particles sensitized by the binuclear ruthenium complex dye of any one of (1) to (3), and the general formula (2)

Figure 2013089194
(式中、Yは、エチルスルフェイト、2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト、又はトリフルオロメタンスルフォネートを示す。)
で示されるイオン液体を主成分とする電解質溶液
を備える光化学電池。
Figure 2013089194
(Wherein, Y - represents ethylsulfamoyl Fate, 2- (2-methoxy) ethoxyethyl sul fate, or trifluoromethane sulfonate.)
A photochemical battery comprising an electrolyte solution containing an ionic liquid as a main component.

本発明により、より高い電流密度を有し、より高効率の光電変換素子、及び光化学電池を提供するための二核ルテニウム錯体色素を提供することができる。また、本発明により、当該二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子、およびイオン液体を主成分とする電解質溶液を備えた、変換効率が高い光化学電池を提供することができる。なお、当該光化学電池は、安定性が極めて高く、高耐久性を有し、光電変換効率が高いために、実用化に適したものであると考えられる。   According to the present invention, a binuclear ruthenium complex dye for providing a photoelectric conversion element and a photochemical battery having a higher current density and higher efficiency can be provided. In addition, according to the present invention, a photochemical battery having high conversion efficiency, including semiconductor fine particles sensitized by the binuclear ruthenium complex dye and an electrolyte solution containing an ionic liquid as a main component can be provided. The photochemical battery is considered to be suitable for practical use because it has extremely high stability, high durability, and high photoelectric conversion efficiency.

<本発明の第1の二核ルテニウム錯体色素(1)、及び第2の二核ルテニウム錯体色素(2)>
本発明の第1の二核ルテニウム錯体色素(1)は、前記の一般式(1−1)で示される。本発明の第2の二核ルテニウム錯体色素(2)は、前記の一般式(1−2)で示される。
<First Binuclear Ruthenium Complex Dye (1) and Second Binuclear Ruthenium Complex Dye (2) of the Present Invention>
The first dinuclear ruthenium complex dye (1) of the present invention is represented by the general formula (1-1). The second dinuclear ruthenium complex dye (2) of the present invention is represented by the general formula (1-2).

その一般式(1−1)において、n及びmはそれぞれ置換基R及びRの数を表し、0〜4の整数であり、好ましくは0〜2の整数、更に好ましくは0又は1、特に好ましくは1である。但し、nとmが同時に0となることはない。一般式(1−2)において、n、m、o及びpはそれぞれ置換基R、R、R及びRの数を表し、0〜4の整数であり、好ましくは0〜2の整数、更に好ましくは0又は1であり、特に好ましくはn及びmが0又は1であり、o及びpが1である。但し、n、m、o及びpが同時に0となることはない。In the general formula (1-1), n and m each represent the number of substituents R 1 and R 2 and are integers of 0 to 4, preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1. Particularly preferred is 1. However, n and m are not 0 at the same time. In the general formula (1-2), n, m, o and p each represent the number of substituents R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , and are integers of 0 to 4, preferably 0 to 2. An integer, more preferably 0 or 1, particularly preferably n and m are 0 or 1, and o and p are 1. However, n, m, o, and p are not 0 at the same time.

一般式(1−1)及び一般式(1−2)において、置換基R及びRの位置は特に限定されないが、架橋配位子である2,2’−ビベンズイミダゾラトの5位又は6位、及び5’位又は6’位が好ましい。また、一般式(1−2)において、置換基R及びRの位置も特に限定されないが、配位子である2,2’−ビピリジンの4位、及び4’位が好ましい。In the general formula (1-1) and the general formula (1-2), the position of the substituents R 1 and R 2 is not particularly limited, but the 5-position of 2,2′-bibenzimidazolate which is a bridging ligand Or 6th-position and 5'-position or 6'-position are preferable. In the general formula (1-2) is not particularly limited position of the substituent R 3 and R 4, is a ligand 4-position of the 2,2'-bipyridine, and 4 'position is preferred.

なお、一般式(1−1)において、n又はmが2以上の場合には、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。一般式(1−2)において、n、m、o又はpが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。In the general formula (1-1), when n or m is 2 or more, the plurality of R 1 and the plurality of R 2 may be the same or different. In the general formula (1-2), when n, m, o or p is 2 or more, a plurality of R 1 , a plurality of R 2 , a plurality of R 3 and a plurality of R 4 may be the same. It may be different.

一般式(1−1)中のR及びR、及び一般式(1−2)中のR乃至Rは置換基を有していても良いアリール基又はヘテロアリール基を示し、このアリール基又はヘテロアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、アズレニル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェレニル基、ジベンゾフェナントレニル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、イソチアゾリル基、イソオキサゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、トリアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフリル基、ベンゾピロリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾイソオキサゾリル基、ベンゾピラゾリル基、ベンゾチエニル基、ビチエニル基などが挙げられる。一般式(1−1)中のR及びR、及び一般式(1−2)中のR乃至Rは、置換基を有していても良い、硫黄原子を含むヘテロアリール基であることが好ましく、置換基を有していても良い、チエニル基、ビチエニル基又はベンゾチエニル基であることが特に好ましい。R 1 and R 2 in the general formula (1-1) and R 1 to R 4 in the general formula (1-2) represent an aryl group or a heteroaryl group which may have a substituent. As the aryl group or heteroaryl group, for example, phenyl group, naphthyl group, anthryl group, tetracenyl group, pentacenyl group, azulenyl group, fluorenyl group, phenanthrenyl group, triphenylenyl group, pyrenyl group, chrysenyl group, picenyl group, perylenyl group, Pentaferenyl group, dibenzophenanthrenyl group, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, imidazolyl group, isothiazolyl group, isoxazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, triazolyl group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group , Benzofuryl group, benzopyrrolyl group, Zochiazoriru group, benzoxazolyl group, benzimidazolyl group, benzisothiazolyl group, benzisoxazolyl group, benzopyrazolyl group, benzothienyl group, etc. bithienyl group. R 1 and R 2 in the general formula (1-1) and R 1 to R 4 in the general formula (1-2) are heteroaryl groups containing a sulfur atom which may have a substituent. It is preferable that it is preferably a thienyl group, a bitienyl group or a benzothienyl group, which may have a substituent.

一般式(1−1)中のR及びR、及び一般式(1−2)中のR乃至Rの置換基としては、例えば、直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。なお、これらの置換基の数や位置は特に限定されず、隣接する基同士が互いに結合して環を形成していても良い。Examples of the substituent of R 1 and R 2 in the general formula (1-1) and R 1 to R 4 in the general formula (1-2) include, for example, linear or branched carbon atoms of 1 to 18 carbon atoms. Alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl , Hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group and the like. In addition, the number and position of these substituents are not particularly limited, and adjacent groups may be bonded to each other to form a ring.

一般式(1−1)中のR及びR、及び一般式(1−2)中のR乃至Rとしては、例えば、以下の(R−A)〜(R−C)が挙げられる。Examples of R 1 and R 2 in the general formula (1-1) and R 1 to R 4 in the general formula (1-2) include the following (RA) to (RC). It is done.

Figure 2013089194
(式中、RS1は、水素原子、又は直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。)
一般式(1−1)中のR及びR、及び一般式(1−2)中のR及びRとしては、RS1が水素原子、又はメチル基である式(R−A)で示される基が好ましい。一般式(1−2)中のR及びRとしては、RS1が水素原子、又は炭素原子数1〜6のアルキル基である式(R−B)で示される基、又は式(R−C)で示される基が好ましい。
Figure 2013089194
(In the formula, R S1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.)
Formula (1-1) R 1 and R 2, and general formula in (1-2) as the R 1 and R 2 in the formula R S1 is a hydrogen atom, or a methyl group (R-A) Is preferred. As R < 3 > and R < 4 > in General formula (1-2), R <S1> is a hydrogen atom or the group shown by the formula (RB) which is a C1-C6 alkyl group, or a formula (R The group represented by -C) is preferred.

一般式(1−1)及び一般式(1−2)において、2つの   In general formula (1-1) and general formula (1-2),

Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示し、特に限定されないが、好ましくは置換基を有していても良い、ビピリジル、ピリジルキノリン、ビキノリン又はフェナントロリンである。その置換基としては、例えば、直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。なお、これらの置換基の数や位置は特に限定されず、隣接する基同士が互いに結合して環を形成していても良い。
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other, and is not particularly limited, but preferably has a substituent, bipyridyl, pyridylquinoline , Biquinoline or phenanthroline. As the substituent, for example, a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, Nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group and the like can be mentioned. In addition, the number and position of these substituents are not particularly limited, and adjacent groups may be bonded to each other to form a ring.

Figure 2013089194
としては、例えば、以下の(NN−A)〜(NN−D)が挙げられる。
Figure 2013089194
Examples thereof include the following (NN-A) to (NN-D).

Figure 2013089194
(式中、RS2は、水素原子、又は直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。)
Figure 2013089194
(In the formula, R S2 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.)

Figure 2013089194
としては、RS2が水素原子、又は炭素原子数1〜8のアルキル基である式(NN−A)で示される基、又は式(NN−B)で示される基が好ましい。
Figure 2013089194
As R 2 , a group represented by the formula (NN-A) or a group represented by the formula (NN-B), wherein R S2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, is preferred.

又、Xは、対イオンを示し、例えば、ヘキサフルオロリン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン等が挙げられるが、好ましくはヘキサフルオロリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオンであり、更に好ましくはヘキサフルオロリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、硝酸イオン、ヨウ化物イオンである。qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。   X represents a counter ion, for example, hexafluorophosphate ion, perchlorate ion, tetraphenylborate ion, tetrafluoroborate ion, trifluoromethanesulfonate ion, thiocyanate ion, sulfate ion, nitrate ion. , Halide ions and the like, preferably hexafluorophosphate ions, tetrafluoroborate ions, trifluoromethanesulfonate ions, nitrate ions, halide ions, more preferably hexafluorophosphate ions, tetrafluoro ions. Borate ion, nitrate ion and iodide ion. q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.

二核ルテニウム錯体色素(1)、及び二核ルテニウム錯体色素(2)の具体的な化合物としては、例えば、以下の(A−1)〜(A−6)の化合物が挙げられる。なお、式(A−1)〜(A−6)中の−COOHのHは脱離していてもよく、−COOは−COOHであってもよい。Specific examples of the binuclear ruthenium complex dye (1) and the dinuclear ruthenium complex dye (2) include the following compounds (A-1) to (A-6). In formulas (A-1) to (A-6), H of —COOH may be eliminated, and —COO may be —COOH.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

Figure 2013089194
Figure 2013089194

Figure 2013089194
Figure 2013089194

Figure 2013089194
Figure 2013089194

本発明の二核ルテニウム錯体色素(1)及び二核ルテニウム錯体色素(2)は、国際公開第2011/115137号に記載の方法等を参考にして合成することができる。   The binuclear ruthenium complex dye (1) and the binuclear ruthenium complex dye (2) of the present invention can be synthesized with reference to the method described in International Publication No. 2011/115137.

本発明の二核ルテニウム錯体色素(1)は、例えば、以下の式に示すように、異なる単核ルテニウム錯体同士を反応させることによって得られる。   The binuclear ruthenium complex dye (1) of the present invention can be obtained, for example, by reacting different mononuclear ruthenium complexes with each other as shown in the following formula.

Figure 2013089194
(式中、
Figure 2013089194
(Where

Figure 2013089194
、R、R、n及びmは前記と同義である。Xは対イオンである1価のアニオンを示し、Yはハロゲン原子、Wは中性分子、例えば、水分子、メタノール、エタノールなどのアルコール分子、アセトンなどを示す。なお、codは1,5−シクロオクタジエンを示す。)
なお、対イオン(X)は1価のアニオンに限られないが、他のものも同様にして合成することができる。
Figure 2013089194
, R 1 , R 2 , n and m are as defined above. X - is a monovalent anion being a counter ion, Y represents a halogen atom, W is a neutral molecule, for example, water molecules, methanol, alcohol molecule such as ethanol, acetone and the like. Note that cod represents 1,5-cyclooctadiene. )
The counter ion (X) is not limited to a monovalent anion, but other ions can be synthesized in the same manner.

本発明の二核ルテニウム錯体色素(2)は、例えば、以下の式に示すように、異なる単核ルテニウム錯体同士を反応させることによって得られる。   The binuclear ruthenium complex dye (2) of the present invention can be obtained, for example, by reacting different mononuclear ruthenium complexes with each other as shown in the following formula.

Figure 2013089194
(式中、
Figure 2013089194
(Where

Figure 2013089194
、R乃至R、n、m、o及びpは前記と同義である。Xは対イオンである1価のアニオンを示し、Yはハロゲン原子を示す。なお、codは1,5−シクロオクタジエンを示す。)
なお、対イオン(X)は1価のアニオンに限られないが、他のものも同様にして合成することができる。
Figure 2013089194
, R 1 to R 4 , n, m, o, and p are as defined above. X - is a monovalent anion being a counter ion, Y represents a halogen atom. Note that cod represents 1,5-cyclooctadiene. )
The counter ion (X) is not limited to a monovalent anion, but other ions can be synthesized in the same manner.

又、片方の単核ルテニウム錯体は、一旦、単核ルテニウム錯体前駆体を経由して合成されるが、その合成中間体である、一般式(M−I)   In addition, one mononuclear ruthenium complex is once synthesized via a mononuclear ruthenium complex precursor, and is a synthesis intermediate of the general formula (MI).

Figure 2013089194
(式中、
Figure 2013089194
(Where

Figure 2013089194
、R、R、n、m、X及びqは前記と同義である。)
で示される単核ルテニウム錯体は新規化合物である。
Figure 2013089194
, R 1 , R 2 , n, m, X, and q are as defined above. )
The mononuclear ruthenium complex represented by is a novel compound.

なお、本発明の二核ルテニウム錯体色素(1)及び(2)は、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い。プロトン(H)の解離は、主として溶液のpHを調整することによってなされる。In the binuclear ruthenium complex dyes (1) and (2) of the present invention, protons (H + ) of one or more carboxyl groups (—COOH) may be dissociated. Proton (H + ) dissociation is mainly performed by adjusting the pH of the solution.

<本発明の第3の二核ルテニウム錯体色素(3)>
本発明の第3の二核ルテニウム錯体色素(3)は、前記の一般式(1−3)で示される。
<Third dinuclear ruthenium complex dye of the present invention (3)>
The third dinuclear ruthenium complex dye (3) of the present invention is represented by the general formula (1-3).

その一般式(1−3)において、s、t、u及びvはそれぞれ置換基R、R、R及びRの数を表し、0〜4の整数であり、好ましくは0〜2の整数、更に好ましくは0又は1であり、特に好ましくはs及びtが0であり、u及びvが1である。但し、s、t、u及びvが同時に0となることはない。In the general formula (1-3), s, t, u and v each represent the number of substituents R 6 , R 7 , R 8 and R 9 , and are integers of 0 to 4, preferably 0 to 2. , More preferably 0 or 1, particularly preferably s and t are 0, and u and v are 1. However, s, t, u, and v are not 0 at the same time.

一般式(1−3)において、置換基R及びRの位置は特に限定されないが、架橋配位子である2,2’−ビベンズイミダゾラトの5位又は6位、及び5’位又は6’位が好ましい。また、置換基R及びRの位置も特に限定されないが、配位子である2,2’−ビピリジンの4位、及び4’位が好ましい。In the general formula (1-3), the positions of the substituents R 6 and R 7 are not particularly limited, but the 2 or 2 position of 2,2′-bibenzimidazolate which is a bridging ligand, and the 5 ′ position. Or 6 'position is preferable. Further, the positions of the substituents R 8 and R 9 are not particularly limited, but the 4-position and 4′-position of 2,2′-bipyridine which is a ligand are preferable.

なお、s、t、u又はvが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。When s, t, u or v is 2 or more, the plurality of R 6 , the plurality of R 7 , the plurality of R 8 and the plurality of R 9 may be the same or different.

一般式(1−3)中のR乃至RR 6 to R 9 in the general formula (1-3) are

Figure 2013089194
(式中、Rは炭素原子数1〜12のアルキル基、Zは炭素原子数6〜18のアリーレン基を示す。)
で表される基を示す。Rとしては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などの直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜12のアルキル基が挙げられ、直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜6のアルキル基が好ましい。Zとしては、例えば、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、メシチリレン基、ビフェニレン基、ナフチリレン基、アントリレン基などの炭素原子数6〜18のアリーレン基が挙げられ、フェニレン基が好ましい。
Figure 2013089194
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and Z represents an arylene group having 6 to 18 carbon atoms.)
The group represented by these is shown. Examples of R include a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, and an octyl group. A linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferred. Examples of Z include arylene groups having 6 to 18 carbon atoms such as a phenylene group, a tolylene group, a xylylene group, a mesitylylene group, a biphenylene group, a naphthylylene group, and an anthrylene group, and a phenylene group is preferable.

一般式(1−3)中のR乃至Rとしては、ヘキシルオキシフェニレンエテニル基が特に好ましい。As R 6 to R 9 in the general formula (1-3), a hexyloxyphenyleneethenyl group is particularly preferable.

一般式(1−3)において、2つの   In general formula (1-3), two

Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示し、特に限定されないが、好ましくは置換基を有していても良い、ビピリジル、ピリジルキノリン、ビキノリン又はフェナントロリンである。その置換基としては、例えば、直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。なお、これらの置換基の数や位置は特に限定されず、隣接する基同士が互いに結合して環を形成していても良い。
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other, and is not particularly limited, but preferably has a substituent, bipyridyl, pyridylquinoline , Biquinoline or phenanthroline. As the substituent, for example, a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, Nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group and the like can be mentioned. In addition, the number and position of these substituents are not particularly limited, and adjacent groups may be bonded to each other to form a ring.

Figure 2013089194
としては、例えば、以下の(NN−A)〜(NN−D)が挙げられる。
Figure 2013089194
Examples thereof include the following (NN-A) to (NN-D).

Figure 2013089194
(式中、RS2は、水素原子、又は直鎖又は分岐状の炭素原子数1〜18のアルキル基を示す。)
Figure 2013089194
(In the formula, R S2 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.)

Figure 2013089194
としては、RS2が水素原子、又は炭素原子数1〜18、更に好ましくは炭素原子数1〜8のアルキル基である式(NN−A)で示される基、又は式(NN−B)で示される基が好ましい。ある実施態様においては、RS2が水素原子、又は炭素原子数1〜18、更に好ましくは炭素原子数1〜8のアルキル基である式(NN−A)で示される基であることが好ましい。
Figure 2013089194
As R S2 is a hydrogen atom, or a group represented by the formula (NN-A), which is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, or a formula (NN-B). The groups shown are preferred. In one embodiment, R S2 is preferably a hydrogen atom or a group represented by the formula (NN-A) which is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms.

又、Xは、対イオンを示し、例えば、ヘキサフルオロリン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン等が挙げられるが、好ましくはヘキサフルオロリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオンであり、更に好ましくはヘキサフルオロリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、硝酸イオン、ヨウ化物イオンである。qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。   X represents a counter ion, for example, hexafluorophosphate ion, perchlorate ion, tetraphenylborate ion, tetrafluoroborate ion, trifluoromethanesulfonate ion, thiocyanate ion, sulfate ion, nitrate ion. , Halide ions and the like, preferably hexafluorophosphate ions, tetrafluoroborate ions, trifluoromethanesulfonate ions, nitrate ions, halide ions, more preferably hexafluorophosphate ions, tetrafluoro ions. Borate ion, nitrate ion and iodide ion. q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.

二核ルテニウム錯体色素(3)の具体的な化合物としては、例えば、以下の(A−7)および(A−8)の化合物が挙げられる。なお、式(A−7)〜(A−8)中の−COOHのHは脱離していてもよく、−COOは−COOHであってもよい。Specific examples of the dinuclear ruthenium complex dye (3) include the following compounds (A-7) and (A-8). Incidentally, H in -COOH in formula (A-7) ~ (A -8) may also be eliminated, -COO - may be -COOH.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

Figure 2013089194
Figure 2013089194

本発明の二核ルテニウム錯体色素(3)は、国際公開第2011/115137号に記載の方法等を参考にして合成することができる。   The binuclear ruthenium complex dye (3) of the present invention can be synthesized with reference to the method described in International Publication No. 2011/115137.

なお、本発明の二核ルテニウム錯体色素(3)は、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い。プロトン(H)の解離は、主として溶液のpHを調整することによってなされる。In the dinuclear ruthenium complex dye (3) of the present invention, protons (H + ) of one or more carboxyl groups (—COOH) may be dissociated. Proton (H + ) dissociation is mainly performed by adjusting the pH of the solution.

<本発明の光電変換素子および光化学電池>
本発明の光電変換素子は、前記二核ルテニウム錯体色素と半導体微粒子とを含むものである。前記二核ルテニウム錯体色素は半導体微粒子表面に吸着されており、半導体微粒子は二核ルテニウム錯体色素により増感されている。なお、二核ルテニウム錯体色素は、単独又は二種以上を混合して使用してもよい。
<Photoelectric Conversion Element and Photochemical Battery of the Present Invention>
The photoelectric conversion element of the present invention includes the binuclear ruthenium complex dye and semiconductor fine particles. The binuclear ruthenium complex dye is adsorbed on the surface of the semiconductor fine particles, and the semiconductor fine particles are sensitized with the dinuclear ruthenium complex dye. In addition, you may use a binuclear ruthenium complex dye individually or in mixture of 2 or more types.

より具体的には、本発明の光電変換素子は、上記のルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子を導電性支持体(電極)上に固定したものである。   More specifically, the photoelectric conversion element of the present invention is obtained by fixing semiconductor fine particles sensitized with the ruthenium complex dye on a conductive support (electrode).

導電性電極は、透明基板上に形成された透明電極であることが好ましい。導電剤としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム等の金属、スズをドープした酸化インジウム(ITO)に代表される酸化インジウム系化合物、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)に代表される酸化スズ系化合物、酸化亜鉛系化合物等が挙げられる。   The conductive electrode is preferably a transparent electrode formed on a transparent substrate. Examples of the conductive agent include metals such as gold, silver, copper, platinum, and palladium, indium oxide compounds represented by indium oxide (ITO) doped with tin, and tin oxide (FTO) doped with fluorine. Examples thereof include tin oxide compounds and zinc oxide compounds.

半導体微粒子としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化バナジウム等の金属酸化物類;チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等の複合酸化物類;硫化カドミウム、硫化ビスマス等の金属硫化物;セレン化カドミウム等の金属セレン化物;テルル化カドミウム等の金属テルル化物;リン化ガリウム等の金属リン化物;ヒ素化ガリウム等の金属ヒ素化物等が挙げられる。半導体微粒子としては、金属酸化物が好ましく、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、又はこれらのいずれか1種以上を含む混合物が特に好ましい。なお、これらの半導体微粒子は、単独または二種以上を混合して使用してもよい。   Examples of the semiconductor fine particles include metal oxides such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, and vanadium oxide; strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, potassium niobate, and the like. Complex oxides of: metal sulfides such as cadmium sulfide and bismuth sulfide; metal selenides such as cadmium selenide; metal tellurides such as cadmium telluride; metal phosphides such as gallium phosphide; metals such as gallium arsenide; An arsenide etc. are mentioned. As the semiconductor fine particles, metal oxides are preferable, and for example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a mixture containing any one or more of these is particularly preferable. In addition, you may use these semiconductor fine particles individually or in mixture of 2 or more types.

半導体微粒子の一次粒子径は特に限定されないが、通常、好ましくは1〜5000nm、更に好ましくは2〜500nm、特に好ましくは3〜400nm、特に好ましくは5〜300nmである。   The primary particle size of the semiconductor fine particles is not particularly limited, but is usually preferably 1 to 5000 nm, more preferably 2 to 500 nm, particularly preferably 3 to 400 nm, and particularly preferably 5 to 300 nm.

二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子(二核ルテニウム錯体色素を吸着させた半導体微粒子)は、例えば、二核ルテニウム錯体色素を溶媒に溶解した溶液を、半導体微粒子に接触(例えば、塗布、浸漬等)させることによって製造される(例えば、国際公開第2006/038587号参照)。なお、接触させた後に、各種溶媒で洗浄して乾燥させることが望ましい。   Semiconductor fine particles sensitized with a binuclear ruthenium complex dye (semiconductor fine particles adsorbed with a dinuclear ruthenium complex dye) are brought into contact with, for example, a solution of a dinuclear ruthenium complex dye dissolved in a solvent (for example, coating) , Immersion, etc.) (see, for example, International Publication No. 2006/038587). In addition, after making it contact, it is desirable to wash | clean with various solvents and to dry.

半導体微粒子に二核ルテニウム錯体色素を吸着させる方法としては、導電性支持体上に半導体微粒子を含む半導体層(半導体微粒子膜)を形成した後、これを二核ルテニウム錯体色素を含む溶液に浸漬する方法が挙げられる。半導体層は、導電性支持体上に半導体微粒子のペーストを塗布し、加熱焼成して形成することができる。そして、色素溶液に浸漬後、この半導体層が形成された導電性支持体を洗浄、乾燥する。   As a method for adsorbing the dinuclear ruthenium complex dye on the semiconductor fine particles, a semiconductor layer containing semiconductor fine particles (semiconductor fine particle film) is formed on a conductive support and then immersed in a solution containing the dinuclear ruthenium complex dye. A method is mentioned. The semiconductor layer can be formed by applying a paste of semiconductor fine particles on a conductive support and heating and baking. And after immersing in a pigment | dye solution, the electroconductive support body in which this semiconductor layer was formed is wash | cleaned and dried.

色素溶液の溶媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;N−メチルピロリドン等の尿素類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類が挙げられるが、好ましくは水、アルコール類、ニトリル類、更に好ましくは水、エタノール、イソプロピルアルコール、t−ブタノール、アセトニトリルが用いられる。なお、これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the solvent for the dye solution include water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, t-butyl alcohol, and ethylene glycol; nitriles such as acetonitrile and propionitrile; N, N-dimethylacetamide, N, N Amides such as dimethylformamide; ureas such as N-methylpyrrolidone; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, and the like, preferably water, alcohols, nitriles, more preferably water, ethanol, isopropyl alcohol, t- Butanol and acetonitrile are used. In addition, these solvents may be used independently and may mix and use 2 or more types.

溶液中の色素の濃度は、好ましくは0.001mmol/l〜本発明の各々の錯体色素の飽和濃度、更に好ましくは0.001〜100mmol/l、特に好ましくは0.01〜10mmol/l、より好ましくは0.05〜1.0mmol/lである。   The concentration of the dye in the solution is preferably 0.001 mmol / l to the saturated concentration of each complex dye of the present invention, more preferably 0.001 to 100 mmol / l, particularly preferably 0.01 to 10 mmol / l, and more. Preferably it is 0.05-1.0 mmol / l.

又、色素溶液には、例えば、コール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸等のステロイド骨格を有する化合物を添加しても良い。   Further, for example, a compound having a steroid skeleton such as cholic acid, deoxycholic acid, chenodeoxycholic acid may be added to the dye solution.

色素を吸着させる際の温度は、通常、0〜80℃とすれば良く、好ましくは20〜40℃である。色素を吸着させる時間(色素溶液に浸漬する時間)は、二核ルテニウム錯体色素の種類、濃度等の条件に応じて適宜決定する。   The temperature at which the dye is adsorbed is usually 0 to 80 ° C., preferably 20 to 40 ° C. The time for adsorbing the dye (the time for immersing in the dye solution) is appropriately determined according to the conditions such as the type and concentration of the dinuclear ruthenium complex dye.

本発明の光化学電池は、上記のような本発明の光電変換素子を用いたものである。より具体的には、電極として上記の本発明の光電変換素子と対極とを有し、その間に電解質層を有するものである。なお、本発明の光電変換素子に用いた電極と対極の少なくとも片方は透明電極である。   The photochemical battery of the present invention uses the photoelectric conversion element of the present invention as described above. More specifically, the photoelectric conversion element of the present invention and a counter electrode are provided as electrodes, and an electrolyte layer is provided therebetween. Note that at least one of the electrode and the counter electrode used in the photoelectric conversion element of the present invention is a transparent electrode.

対極は、光電変換素子と組み合わせて光化学電池としたときに正極として作用するものである。対極としては、上記導電性電極と同様に導電層を有する基板を用いることもできるが、金属板そのものを使用すれば、基板は必ずしも必要ではない。対極に用いる導電剤としては、例えば、白金等の金属、炭素、フッ素をドープした酸化スズ等の導電性金属酸化物が挙げられる。   The counter electrode functions as a positive electrode when combined with a photoelectric conversion element to form a photochemical battery. As the counter electrode, a substrate having a conductive layer can be used as in the case of the conductive electrode. However, if the metal plate itself is used, the substrate is not necessarily required. Examples of the conductive agent used for the counter electrode include conductive metal oxides such as tin oxide doped with metals such as platinum, carbon, and fluorine.

電解質(酸化還元対)としては特に限定されず、公知のものをいずれも用いることができる。例えば、ヨウ素とヨウ化物(例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物、又はヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム、ヨウ化イミダゾリウム等の4級アンモニウム化合物のヨウ化物)の組み合わせ、臭素と臭化物の組み合わせ、塩素と塩化物の組み合わせ、アルキルビオローゲンとその還元体の組み合わせ、キノン/ハイドロキノン、鉄(II)イオン/鉄(III)イオン、銅(I)イオン/銅(II)イオン、マンガン(II)イオン/マンガン(III)イオン、コバルトイオン(II)/コバルトイオン(III)等の遷移金属イオン対、フェロシアン/フェリシアン、四塩化コバルト(II)/四塩化コバルト(III)、四臭化コバルト(II)/四臭化コバルト(III)、六塩化イリジウム(II)/六塩化イリジウム(III)、六シアノ化ルテニウム(II)/六シアノ化ルテニウム(III)、六塩化ロジウム(II)/六塩化ロジウム(III)、六塩化レニウム(III)/六塩化レニウム(IV)、六塩化レニウム(IV)/六塩化レニウム(V)、六塩化オスミウム(III)/六塩化オスミウム(IV)、六塩化オスミウム(IV)/六塩化オスミウム(V)等の錯イオンの組み合わせ、コバルト、鉄、ルテニウム、マンガン、ニッケル、レニウムといった遷移金属とビピリジンやその誘導体、ターピリジンやその誘導体、フェナントロリンやその誘導体といった複素共役環及びその誘導体で形成されているような錯体類、フェロセン/フェロセニウムイオン、コバルトセン/コバルトセニウムイオン、ルテノセン/ルテノセウムイオンといったシクロペンタジエン及びその誘導体と金属の錯体類、ポルフィリン系化合物類等が使用できる。好ましい電解質は、ヨウ素とヨウ化リチウムや4級アンモニウム化合物のヨウ化物とを組み合わせた電解質である。電解質の状態は、有機溶媒に溶解した液体であっても、溶融塩、ポリマーマトリックスに含浸漬したいわゆるゲル電解質や、固体電解質であっても良い。   The electrolyte (redox couple) is not particularly limited, and any known one can be used. For example, iodine and iodide (for example, metal iodide such as lithium iodide and potassium iodide, or quaternary ammonium compounds such as tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide) Iodide), bromine and bromide, chlorine and chloride, alkyl viologen and its reduced form, quinone / hydroquinone, iron (II) ion / iron (III) ion, copper (I) ion / Transition metal ion pairs such as copper (II) ion, manganese (II) ion / manganese (III) ion, cobalt ion (II) / cobalt ion (III), ferrocyan / ferricyan, cobalt tetrachloride (II) / four Cobalt (III) chloride, cobalt (II) tetrabromide / tetrabromide Baltic (III), Iridium hexachloride (II) / Iridium hexachloride (III), Ruthenium hexacyanide (II) / Ruthenium hexacyanide (III), Rhodium (II) hexachloride / Rhodium hexachloride (III), Six Rhenium chloride (III) / rhenium chloride (IV), rhenium hexachloride (IV) / rhenium hexachloride (V), osmium hexachloride (III) / osmium hexachloride (IV), osmium hexachloride (IV) / hexachloride It is formed by a combination of complex ions such as osmium (V), transition metals such as cobalt, iron, ruthenium, manganese, nickel, rhenium and biconjugated rings and derivatives thereof, terpyridine and derivatives thereof, heteroconjugated rings such as phenanthroline and derivatives thereof, and derivatives thereof. Complexes, ferrocene / ferrocenium ions, cobalt / Cobalt-ion-, ruthenocene / lutein placed um cyclopentadiene and its derivatives and metal complexes such as an ion, porphyrin compounds and the like can be used. A preferable electrolyte is an electrolyte in which iodine and lithium iodide or iodide of a quaternary ammonium compound are combined. The state of the electrolyte may be a liquid dissolved in an organic solvent, a molten salt, a so-called gel electrolyte immersed in a polymer matrix, or a solid electrolyte.

電解液の溶媒としては、例えば、水、アルコール類、ニトリル類、鎖状エーテル類、環状エーテル類、鎖状エステル類、環状エステル類、鎖状アミド類、環状アミド類、鎖状スルホン類、環状スルホン類、鎖状尿素類、環状尿素類、アミン類等が使用される。なお、前記溶媒は、これらに限定されるものではなく、単独又は2種類以上を混合して用いることができる。   Examples of the solvent for the electrolyte include water, alcohols, nitriles, chain ethers, cyclic ethers, chain esters, cyclic esters, chain amides, cyclic amides, chain sulfones, cyclic Sulfones, chain ureas, cyclic ureas, amines and the like are used. In addition, the said solvent is not limited to these, It can use individually or in mixture of 2 or more types.

ある実施態様においては、光化学電池の電解質は、前記の一般式(2)で示されるイオン液体を主成分とする電解質溶液である。即ち、本発明の光化学電池は、本発明の二核ルテニウム錯体色素(1)、(2)又は(3)により増感された半導体微粒子、及び前記の一般式(2)で示されるイオン液体を主成分とする電解質溶液を備える。この電解質溶液は、例えば、イオン液体のみから成るもの、又はイオン液体とレドックス対(酸化還元対)を含むものである。   In one embodiment, the electrolyte of the photochemical battery is an electrolyte solution containing an ionic liquid represented by the general formula (2) as a main component. That is, the photochemical battery of the present invention comprises the semiconductor fine particles sensitized by the binuclear ruthenium complex dye (1), (2) or (3) of the present invention, and the ionic liquid represented by the general formula (2). An electrolyte solution having a main component is provided. This electrolyte solution is composed of, for example, only an ionic liquid, or contains an ionic liquid and a redox pair (a redox pair).

前記イオン液体の具体的な化合物としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイト、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)、または1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートが挙げられる。なお、これらのイオン液体は、単独または二種以上を混合して使用してもよい。   Specific examples of the ionic liquid include 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate, 1-ethyl-3-methylimidazolium (2- (2-methoxy) ethoxyethyl sulfate), or 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate is mentioned. In addition, you may use these ionic liquids individually or in mixture of 2 or more types.

光化学電池の電解質が前記の一般式(2)で示されるイオン液体を主成分とする電解質溶液である場合の好ましい態様としては、
(1)二核ルテニウム錯体色素(A−2)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイトの組み合わせ
(2)二核ルテニウム錯体色素(A−2)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)の組み合わせ
(3)二核ルテニウム錯体色素(A−2)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートの組み合わせ
(4)二核ルテニウム錯体色素(A−3)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイトの組み合わせ
(5)二核ルテニウム錯体色素(A−3)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)の組み合わせ
(6)二核ルテニウム錯体色素(A−3)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートの組み合わせ
(7)二核ルテニウム錯体色素(A−4)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイトの組み合わせ
(8)二核ルテニウム錯体色素(A−4)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)の組み合わせ
(9)二核ルテニウム錯体色素(A−4)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートの組み合わせ
(10)二核ルテニウム錯体色素(A−5)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイトの組み合わせ
(11)二核ルテニウム錯体色素(A−5)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)の組み合わせ
(12)二核ルテニウム錯体色素(A−5)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートの組み合わせ
(13)二核ルテニウム錯体色素(A−7)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイトの組み合わせ
(14)二核ルテニウム錯体色素(A−7)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト)の組み合わせ
(15)二核ルテニウム錯体色素(A−7)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネートの組み合わせ
が挙げられる。
As a preferable aspect when the electrolyte of the photochemical battery is an electrolyte solution mainly composed of the ionic liquid represented by the general formula (2),
(1) Combination of dinuclear ruthenium complex dye (A-2) and 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (2) Dinuclear ruthenium complex dye (A-2) and 1-ethyl-3-methylimidazo (3) Combination of dinuclear ruthenium complex dye (A-2) and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (4) Combination of nuclear ruthenium complex dye (A-3) and 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (5) Binuclear ruthenium complex dye (A-3) and 1-ethyl-3-methylimidazolium (2- (2-Methoxy) ethoxyethyl sulfate) (6) Dinuclear ruthenium complex dye (A-3) and 1-ethyl-3-methyl (7) Combination of dinuclear ruthenium complex dye (A-4) and 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (8) Dinuclear ruthenium complex dye (A-4) ) And 1-ethyl-3-methylimidazolium (2- (2-methoxy) ethoxyethyl sulfate) (9) Dinuclear ruthenium complex dye (A-4) and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoro Combination of Lomethanesulfonate (10) Combination of dinuclear ruthenium complex dye (A-5) and 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate (11) Dinuclear ruthenium complex dye (A-5) and 1- Ethyl-3-methylimidazolium (2- (2-methoxy) ethoxyethyl sulfate) group Combined (12) Combination of dinuclear ruthenium complex dye (A-5) and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate (13) Dinuclear ruthenium complex dye (A-7) and 1-ethyl-3 -Methylimidazolium ethyl sulfate combination (14) Binuclear ruthenium complex dye (A-7) and 1-ethyl-3-methylimidazolium (2- (2-methoxy) ethoxyethyl sulfate) combination (15) A combination of a dinuclear ruthenium complex dye (A-7) and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate is exemplified.

前記電解質溶液は、レドックス対(酸化還元対)を含んでいることが望ましい。使用するレドックス対は特に限定されないが、例えば、
(1)ヨウ素とヨウ化物(例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物;ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム、ヨウ化ピリジニウム、ヨウ化イミダゾリウム等の4級アンモニウム化合物のヨウ化物)の組み合わせ、
(2)臭素と臭化物(例えば、臭化リチウム、臭化カリウム等の金属臭化物;臭化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、臭化ピリジニウム、臭化イミダゾリウム等の4級アンモニウム化合物の臭化物)の組み合わせ、
(3)塩素と塩化物(例えば、塩化リチウム、塩化カリウム等の金属塩化物;塩化テトラブチルアンモニウム、塩化テトラプロピルアンモニウム、塩化ピリジニウム、塩化イミダゾリウム等の4級アンモニウム化合物の塩化物)の組み合わせ、
(4)アルキルビオローゲンとその還元体の組み合わせ、
(5)キノン/ハイドロキノン、鉄(II)イオン/鉄(III)イオン、銅(I)イオン/銅(II)イオン、マンガン(II)イオン/マンガン(III)イオン、コバルトイオン(II)/コバルトイオン(III))等の遷移金属イオン対、
(6)フェロシアン/フェリシアン、四塩化コバルト(II)/四塩化コバルト(III)、四臭化コバルト(II)/四臭化コバルト(III)、六塩化イリジウム(II)/六塩化イリジウム(III)、六シアノ化ルテニウム(II)/六シアノ化ルテニウム(III)、六塩化ロジウム(II)/六塩化ロジウム(III)、六塩化レニウム(III)/六塩化レニウム(IV)、六塩化レニウム(IV)/六塩化レニウム(V)、六塩化オスミウム(III)/六塩化オスミウム(IV)、六塩化オスミウム(IV)/六塩化オスミウム(V)等の錯イオンの組み合わせ、
(7)コバルト、鉄、ルテニウム、マンガン、ニッケル、レニウム等の遷移金属と、ビピリジンやその誘導体、ターピリジンやその誘導体、フェナントロリンやその誘導体等の複素共役環及びその誘導体で形成されている錯体類、
(8)フェロセン/フェロセニウムイオン、コバルトセン/コバルトセニウムイオン、ルテノセン/ルテノセウムイオン等のシクロペンタジエンおよびその誘導体と金属の錯体類、
(9)ポルフィリン系化合物類
が挙げられるが、好ましくは前記(1)で挙げたレドックス対が使用される。なお、これらのレドックス対は、単独または二種以上を混合して使用してもよい。これらのレドックス対の使用量は、適宜決めることができる。
The electrolyte solution preferably contains a redox pair (a redox pair). The redox pair to be used is not particularly limited.
(1) iodine and iodide (for example, metal iodides such as lithium iodide and potassium iodide; quaternary ammonium compounds such as tetrabutylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, pyridinium iodide and imidazolium iodide) (Iodide) combinations,
(2) Bromine and bromides (for example, metal bromides such as lithium bromide and potassium bromide; bromides of quaternary ammonium compounds such as tetrabutylammonium bromide, tetrapropylammonium bromide, pyridinium bromide and imidazolium bromide) A combination of
(3) Combination of chlorine and chloride (for example, metal chloride such as lithium chloride and potassium chloride; chloride of quaternary ammonium compound such as tetrabutylammonium chloride, tetrapropylammonium chloride, pyridinium chloride, imidazolium chloride),
(4) Combination of alkyl viologen and its reduced form,
(5) quinone / hydroquinone, iron (II) ion / iron (III) ion, copper (I) ion / copper (II) ion, manganese (II) ion / manganese (III) ion, cobalt ion (II) / cobalt Transition metal ion pairs such as ions (III)),
(6) Ferrocyanian / ferricyan, cobalt tetrachloride (II) / cobalt tetrachloride (III), cobalt tetrabromide (II) / cobalt tetrabromide (III), iridium hexachloride (II) / iridium hexachloride ( III), ruthenium hexacyanide (II) / ruthenium hexacyanide (III), rhodium hexachloride (II) / rhodium hexachloride (III), rhenium hexachloride (III) / rhenium hexachloride (IV), rhenium hexachloride A combination of complex ions such as (IV) / rhenium hexachloride (V), osmium hexachloride (III) / osmium hexachloride (IV), osmium hexachloride (IV) / osmium hexachloride (V),
(7) Complexes formed of transition metals such as cobalt, iron, ruthenium, manganese, nickel, rhenium, and complex conjugate rings such as bipyridine and derivatives thereof, terpyridine and derivatives thereof, phenanthroline and derivatives thereof, and derivatives thereof,
(8) Complexes of cyclopentadiene such as ferrocene / ferrocenium ion, cobaltcene / cobaltcenium ion, ruthenocene / ruthenoceum ion, etc. and their derivatives and metals,
(9) Porphyrin-based compounds can be mentioned, and preferably the redox couples mentioned in (1) above are used. In addition, you may use these redox pairs individually or in mixture of 2 or more types. The amount of use of these redox pairs can be determined as appropriate.

本発明の光化学電池は、従来から適用されている方法によって製造することができる。   The photochemical cell of the present invention can be produced by a conventionally applied method.

例えば、前述のように、透明電極上に酸化物等の半導体微粒子のペーストを塗布し、加熱焼成して半導体微粒子の薄膜を作製する。半導体微粒子の薄膜がチタニアの場合、例えば温度450〜500℃、加熱時間30分で、あるいは温度400〜550℃で0.5〜1時間焼成する。この薄膜の付いた透明電極を色素溶液(本発明の二核ルテニウム錯体色素を含む溶液)に浸漬し、色素を担持して光電変換素子を作製する。更に、この光電変換素子と対極として白金又は炭素を蒸着した透明電極を合わせ、その間に電解質溶液を入れることにより、本発明の光化学電池を製造することができる。   For example, as described above, a semiconductor fine particle paste such as an oxide is applied on a transparent electrode and heated and fired to produce a thin film of semiconductor fine particles. When the thin film of semiconductor fine particles is titania, for example, baking is performed at a temperature of 450 to 500 ° C. and a heating time of 30 minutes, or at a temperature of 400 to 550 ° C. for 0.5 to 1 hour. The transparent electrode with the thin film is immersed in a dye solution (a solution containing the dinuclear ruthenium complex dye of the present invention), and the dye is supported to produce a photoelectric conversion element. Furthermore, the photochemical cell of the present invention can be manufactured by combining this photoelectric conversion element and a transparent electrode on which platinum or carbon is deposited as a counter electrode, and putting an electrolyte solution therebetween.

本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明の範囲はそれらに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

なお、実施例中の略称は以下の通りである。
bpy;2,2’−ビピリジン
phen;1,10−フェナントロリン
cod;1,5−シクロオクタジエン
dtBubpy;4,4’−ジ−ターシャリーブチル−2,2’−ビピリジン
dcbpy;2,2’−ビピリジン−4,4’−ジカルボン酸
Etcbpy;2,2’−ビピリジン−4,4’−ジカルボン酸ジエチルエステル
BiBzImH;2,2’−ビスベンズイミダゾール
MTBiBzImH;5,5’−ビス(5−メチルチオフェン−2−イル)−2,2’−ビスベンズイミダゾール
BisBiTbpy;4,4’−ジ([2,2’−ビチオフェン]−5−イル)−2,2’−ビピリジン
BisBzTbpy;4,4’−ビス(ベンゾ(b)チオフェン)−2−イル)−2,2’−ビピリジン
Abbreviations in the examples are as follows.
2,2′-bipyridine phen; 1,10-phenanthroline cod; 1,5-cyclooctadiene dtBubpy; 4,4′-di-tert-butyl-2,2′-bipyridine H 2 dcbpy; '-Bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid Etcbpy; 2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid diethyl ester BiBzImH 2 ; 2,2'-bisbenzimidazole MTBiBzImH 2 ; 5,5'-bis ( 5-methylthiophen-2-yl) -2,2′-bisbenzimidazole BisBiTbpy; 4,4′-di ([2,2′-bithiophen] -5-yl) -2,2′-bipyridine BisBzTbpy; 4 , 4′-bis (benzo (b) thiophen) -2-yl) -2,2′-bipyridine

なお、光化学電池の光電変換効率は、ソーラーシュミレーター(英弘精機株式会社製)の擬似太陽光を照射して測定した。   In addition, the photoelectric conversion efficiency of the photochemical cell was measured by irradiating simulated sunlight from a solar simulator (manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.).

実施例A1(二核ルテニウム錯体色素(A1a)の合成)
窒素雰囲気下、500mLの三口フラスコに、市販のHdcbpy(5.44g,22.3mmol)、濃硫酸(10mL)、及びエタノール130mLを加え、一晩還流し、反応させた。反応液を放冷後、中和し、濾過した。濾物を熱水で洗浄し、エタノール/水(95:5)で再結晶を行った。結晶を濾過し、真空乾燥後、Etcbpyを4.92g得た。
Example A1 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A1a))
Under a nitrogen atmosphere, commercially available H 2 dcbpy (5.44 g, 22.3 mmol), concentrated sulfuric acid (10 mL), and ethanol 130 mL were added to a 500 mL three-necked flask, and the mixture was refluxed overnight to be reacted. The reaction solution was allowed to cool, neutralized, and filtered. The residue was washed with hot water and recrystallized with ethanol / water (95: 5). After filtering the crystals and vacuum drying, 4.92 g of Etcbpy was obtained.

次に、アルゴン雰囲気下、1000mLの三口フラスコに市販の塩化ルテニウム(1.18g,4.51mmol)、Etcbpy(2.64g,8.79mmol)及びエタノール500mLを加え、7時間還流し、反応させた。反応液を放冷後、濾過し、真空乾燥した後、[Ru(Etcbpy)Cl]1.64gを得た。また、濾液を減圧濃縮し、濃縮物に2mol/L塩酸300mLを加え、5分室温で攪拌後濾過した。濾物を水で洗浄し、エタノール/ジクロロメタン(10:3)で再結晶を行い、濾過、真空乾燥後、[Ru(Etcbpy)Cl]1.34g、計2.98gを得た。Next, commercially available ruthenium chloride (1.18 g, 4.51 mmol), Etcbpy (2.64 g, 8.79 mmol) and 500 mL of ethanol were added to a 1000 mL three-necked flask under an argon atmosphere, and the mixture was refluxed for 7 hours to be reacted. . The reaction solution was allowed to cool, filtered, and dried in vacuo to obtain 1.64 g of [Ru (Etcbpy) 2 Cl 2 ]. Further, the filtrate was concentrated under reduced pressure, 300 mL of 2 mol / L hydrochloric acid was added to the concentrate, and the mixture was stirred for 5 minutes at room temperature and filtered. The residue was washed with water, recrystallized with ethanol / dichloromethane (10: 3), filtered, and vacuum dried to obtain 1.34 g of [Ru (Etcbpy) 2 Cl 2 ], a total of 2.98 g.

続いて、200mLの三口フラスコに[Ru(Etcbpy)Cl](1.37g,1.77mmol)、トリフルオロメタンスルホン酸銀(1.09g,4.25mmol)およびジクロロメタン140mLを加え、室温で1時間攪拌した。反応液を一晩静置した後濾過した。濾液を減圧下で濃縮し、濃縮物にジエチルエーテルを加えて5分間室温で攪拌した後濾過した。濾物をジエチルエーテルで洗浄し、真空乾燥後、[Ru(Etcbpy)(HO)](OTf)を1.62g得た。Subsequently, [Ru (Etcbpy) 2 Cl 2 ] (1.37 g, 1.77 mmol), silver trifluoromethanesulfonate (1.09 g, 4.25 mmol) and 140 mL of dichloromethane were added to a 200 mL three-necked flask. Stir for hours. The reaction solution was allowed to stand overnight and then filtered. The filtrate was concentrated under reduced pressure, diethyl ether was added to the concentrate, and the mixture was stirred for 5 minutes at room temperature and then filtered. The residue was washed with diethyl ether and dried under vacuum to obtain 1.62 g of [Ru (Etcbpy) 2 (H 2 O) 2 ] (OTf) 2 .

アルゴン雰囲気下、20mLのシュレンクに[Ru(dtBubpy)Cl](0.142g,0.200mmol)、MTBiBzImH(0.102g,0.240mmol)、エチレングリコール8mLを加え、脱気した。その後、2.45GHzのマイクロ波照射下にて攪拌しながら14分間還流させた。反応液を放冷後、エタノールを3mL、水を4.5mL加え、室温で30分攪拌させた。攪拌液を吸引濾過し、濾液にヘキサフルオロリン酸アンモニウム(0.131g、0.804mmol)を加え、室温で1時間攪拌した。攪拌液中の沈殿物を濾過し、[Ru(dtBubpy)(MTBiBzImH)](PF0.209gを得た。Under an argon atmosphere, [Ru (dtBubpy) 2 Cl 2 ] (0.142 g, 0.200 mmol), MTBiBzImH 2 (0.102 g, 0.240 mmol), and 8 mL of ethylene glycol were added to deaerate. Thereafter, the mixture was refluxed for 14 minutes with stirring under microwave irradiation of 2.45 GHz. After allowing the reaction solution to cool, 3 mL of ethanol and 4.5 mL of water were added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. The stirred solution was suction filtered, ammonium hexafluorophosphate (0.131 g, 0.804 mmol) was added to the filtrate, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The precipitate in the stirring liquid was filtered to obtain 0.209 g of [Ru (dtBubpy) 2 (MTBiBzImH 2 )] (PF 6 ) 2 .

アルゴン雰囲気下、100mLの三口フラスコに[Ru(dtBubpy)(MTBiBzImH)](PF(0.200g,0.147mmol)、28%ナトリウムメトキシドメタノール溶液0.051mL、N,N−ジメチルホルムアミド24mLを加え、室温で5分間攪拌した。その後反応液に[Ru(Etcbpy)(HO)](OTf)(0.200g,0.197mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド24mLを加え、脱気した。その後、2.45GHzのマイクロ波照射下にて攪拌しながら40分間還流させた。反応液を放冷後、減圧濃縮し、0.2mol/L水酸化ナトリウム水溶液48mLを加え、100℃で3.5時間加熱攪拌した。反応液を放冷後、濾過し、濾物にメタノール30mL、水110mLを加え、0.79mol/Lヨウ化水素酸水溶液0.7mLを加えて沈殿を生成させた。沈殿を濾過し、ODSカラムクロマトグラフィーで精製後、減圧濃縮、真空乾燥後、精製物に水70mL、0.2mol/L水酸化ナトリウム水溶液0.8mLを加え溶液にした後、0.79mol/Lヨウ化水素酸水溶液0.4mLを加えて沈殿を生成させた。沈殿物を濾過し、0.79mmol/Lヨウ化水素酸水溶液で洗浄後、二核ルテニウム錯体色素(A1a)0.097gを得た。[Ru (dtBubpy) 2 (MTBiBzImH 2 )] (PF 6 ) 2 (0.200 g, 0.147 mmol), 0.051 mL of 28% sodium methoxide methanol solution, N, N- 24 mL of dimethylformamide was added and stirred at room temperature for 5 minutes. Thereafter, [Ru (Etcbpy) 2 (H 2 O) 2 ] (OTf) 2 (0.200 g, 0.197 mmol) and 24 mL of N, N-dimethylformamide were added to the reaction solution for deaeration. Thereafter, the mixture was refluxed for 40 minutes with stirring under microwave irradiation of 2.45 GHz. The reaction solution was allowed to cool, then concentrated under reduced pressure, 48 mL of a 0.2 mol / L aqueous sodium hydroxide solution was added, and the mixture was heated with stirring at 100 ° C. for 3.5 hours. The reaction solution was allowed to cool and then filtered. To the residue, 30 mL of methanol and 110 mL of water were added, and 0.7 mL of a 0.79 mol / L hydroiodic acid aqueous solution was added to form a precipitate. The precipitate was filtered, purified by ODS column chromatography, concentrated under reduced pressure, and dried under vacuum. After adding 70 mL of water and 0.8 mL of 0.2 mol / L aqueous sodium hydroxide solution to the purified product, 0.79 mol / L An aqueous hydroiodic acid solution (0.4 mL) was added to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with a 0.79 mmol / L hydroiodic acid aqueous solution to obtain 0.097 g of a dinuclear ruthenium complex dye (A1a).

この二核ルテニウム錯体色素の代表構造であるプロトンが解離していない構造を式(A1a)に示す。当該錯体色素は、カルボキシル基の1又は複数のプロトンが解離しているものもある。又、5−メチルチオフェン−2−イル基の位置による異性体もある。   A structure in which protons which are representative structures of the dinuclear ruthenium complex dye are not dissociated is shown in Formula (A1a). Some of the complex dyes have one or more protons of the carboxyl group dissociated. There are also isomers depending on the position of the 5-methylthiophen-2-yl group.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

参考例A1
既知の方法で二核ルテニウム錯体色素(A3)を合成した。
Reference Example A1
A dinuclear ruthenium complex dye (A3) was synthesized by a known method.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

実施例A3−1(多孔質チタニア電極の作製)
触媒化成製のチタニアペーストPST−18NRを透明層に、PST−400Cを拡散層に用い、旭硝子株式会社製透明導電性ガラス電極上にスクリーン印刷機を用いて塗布した。得られた膜を25℃、相対湿度60%の雰囲気下で5分間エージングし、このエージングした膜を450℃で30分間焼成した。冷却した膜に対し、同じ作業を所定の厚みになるまで繰り返し、16mmの多孔質チタニア電極を作製した。
Example A3-1 (Preparation of porous titania electrode)
The catalyst chemical titania paste PST-18NR was applied to the transparent layer, and PST-400C was applied to the diffusion layer, and applied onto a transparent conductive glass electrode manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. using a screen printer. The obtained film was aged for 5 minutes in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 60%, and the aged film was baked at 450 ° C. for 30 minutes. The same operation was repeated on the cooled membrane until a predetermined thickness was obtained, thereby producing a 16 mm 2 porous titania electrode.

実施例A3−2(色素を吸着した多孔質チタニア電極の作製)
二核ルテニウム錯体色素の0.2mmol/l色素溶液(溶媒:2−プロパノール)に多孔質チタニア電極を30℃で所定の時間浸漬し、乾燥して色素吸着多孔質チタニア電極を得た。
Example A3-2 (Preparation of porous titania electrode adsorbed with dye)
A porous titania electrode was immersed in a 0.2 mmol / l dye solution (solvent: 2-propanol) of a dinuclear ruthenium complex dye at 30 ° C. for a predetermined time and dried to obtain a dye-adsorbing porous titania electrode.

実施例A3−3(光化学電池の作製)
以上のようにして得られた色素吸着多孔質チタニア電極と白金板(対極)を重ね合わせた。次に、電解質溶液(ガンマ−ブチロラクトンに1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、ヨウ素、及びテトラブチルアンモニウムテトラシアノボレートをそれぞれ0.6mol/l、0.05mol/l、0.5mol/lとなるように溶解したもの)を両電極の隙間に毛細管現象を利用して染み込ませることにより光化学電池を作製した。
Example A3-3 (Production of photochemical battery)
The dye adsorbing porous titania electrode obtained as described above and a platinum plate (counter electrode) were superposed. Next, an electrolyte solution (gamma-butyrolactone and 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, iodine, and tetrabutylammonium tetracyanoborate were added at 0.6 mol / l, 0.05 mol / l, and 0.5 mol / l, respectively. A photochemical battery was prepared by soaking the gap between the two electrodes using a capillary phenomenon.

実施例A3−4(光化学電池の評価)
得られた光化学電池の光電変換効率に含まれる電流密度を英弘精機株式会社製のソーラーシュミレーターを用い、100mW/cmの擬似太陽光を照射し測定した。
Example A3-4 (Evaluation of Photochemical Battery)
The current density included in the photoelectric conversion efficiency of the obtained photochemical battery was measured by irradiating 100 mW / cm 2 of artificial sunlight using a solar simulator manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.

その結果、電流密度(mA/cm)は、二核ルテニウム錯体色素(A1a)で12.21mA/cm、参考例A1の二核ルテニウム錯体色素(A3)で10.97mA/cmであった。即ち、架橋配位子である2,2’−ビスベンズイミダゾールにヘテロアリール基(ここでは、6位、6’位に5−メチルチオフェン−2−イル基)を導入した色素が、より高い電流密度を示した。このことにより、本発明の二核ルテニウム錯体色素は、高い性能の光化学電池を製造するための色素となり得ることが判明した。As a result, current density (mA / cm 2) is, 12.21mA / cm 2 in binuclear ruthenium complex dye (A1a), in binuclear ruthenium complex dye of Example A1 (A3) 10.97mA / cm 2 met It was. That is, a dye in which a heteroaryl group (here, a 5-methylthiophen-2-yl group at the 6-position and 6'-position) is introduced into 2,2′-bisbenzimidazole, which is a bridging ligand, has a higher current. The density is shown. Thus, it has been found that the dinuclear ruthenium complex dye of the present invention can be a dye for producing a high-performance photochemical battery.

実施例B1a(二核ルテニウム錯体色素(B1a)の合成)
(4,4’−ジ([2,2’−ビチオフェン]−5−イル)−2,2’−ビピリジン(BisBiTbpy)の合成)
アルゴン雰囲気下、100mL三口フラスコに5−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−2,2’−ビチオフェン(3.917g,13.40mmol)、4,4’−ジブロモ−2,2’−ビピリジン(2.002g,6.376mmol)、炭酸カリウム(7.023g,50.81mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド50mLを加えて脱気した。その後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.736g,0.637mmol)を加え、脱気した。その後、100℃で6.5時間反応させた。放冷後、反応液を濾過し、濾物をN,N−ジメチルホルムアミド、水、メタノールで洗浄し、真空乾燥させ、BisBiTbpy2.854gを得た。
Example B1a (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1a))
(Synthesis of 4,4′-di ([2,2′-bithiophene] -5-yl) -2,2′-bipyridine (BisBiTbpy))
5- (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) -2,2′-bithiophene (3.917 g, 13.40 mmol) in a 100 mL three-necked flask under an argon atmosphere 4,4′-dibromo-2,2′-bipyridine (2.002 g, 6.376 mmol), potassium carbonate (7.023 g, 50.81 mmol), and N, N-dimethylformamide 50 mL were added for deaeration. Thereafter, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.736 g, 0.637 mmol) was added and deaerated. Then, it was made to react at 100 degreeC for 6.5 hours. After allowing to cool, the reaction mixture was filtered, and the residue was washed with N, N-dimethylformamide, water and methanol and dried in vacuo to give 2.854 g of BisBiTbpy.

(5,5’−ビス(5−メチルチオフェン−2−イル)−2,2’−ビスベンズイミダゾール(MTBiBzImH)の合成)
アルゴン雰囲気下、500mL三口フラスコに4−ブロモ−1,2−ジアミノベンゼン(1.821g,9.733mmol)、5−メチルチオフェンボロン酸(1.605g,11.30mmol)、炭酸カリウム(19.50g,141.1mmol)、トルエン250mLを加え、脱気した。その後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.285g,0.247mmol)を加え、脱気した。その後、85℃で25.5時間反応させた。放冷後、反応液を濾過し、濾液を減圧濃縮、真空乾燥した。300mLナスフラスコに乾燥物、酢酸エチル135mLを加え、攪拌しながら、5mol/L塩酸水溶液を滴下し、沈殿を生成させた。沈殿物を濾取し、酢酸エチルで洗浄後、真空乾燥させた。乾燥物を酢酸エチル50mL、2mol/L水酸化ナトリウム水溶液20mLで溶媒分画を行い、酢酸エチル層を減圧濃縮、真空乾燥させ、4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1,2−ジアミノベンゼン1.060gを得た。
(Synthesis of 5,5′-bis (5-methylthiophen-2-yl) -2,2′-bisbenzimidazole (MTBiBzImH 2 ))
In a 500 mL three-necked flask under an argon atmosphere, 4-bromo-1,2-diaminobenzene (1.821 g, 9.733 mmol), 5-methylthiopheneboronic acid (1.605 g, 11.30 mmol), potassium carbonate (19.50 g) , 141.1 mmol), and 250 mL of toluene was added and degassed. Then, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.285 g, 0.247 mmol) was added and deaerated. Then, it was made to react at 85 degreeC for 25.5 hours. After allowing to cool, the reaction solution was filtered, and the filtrate was concentrated under reduced pressure and dried in vacuo. A dried product and 135 mL of ethyl acetate were added to a 300 mL eggplant flask, and a 5 mol / L hydrochloric acid aqueous solution was added dropwise with stirring to produce a precipitate. The precipitate was collected by filtration, washed with ethyl acetate, and dried in vacuo. The dried product was subjected to solvent fractionation with 50 mL of ethyl acetate and 20 mL of 2 mol / L aqueous sodium hydroxide solution, and the ethyl acetate layer was concentrated under reduced pressure and dried under vacuum to give 4- (5-methylthiophen-2-yl) -1,2- 1.060 g of diaminobenzene was obtained.

アルゴン雰囲気下、100mL二口フラスコに4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1,2−ジアミノベンゼン(0.535g,2.618mmol)、2,2,2−トリクロロアセトイミド酸メチル(0.245g,1.387mmol)、エタノール25mLを加えて脱気した。その後、28時間還流させた。放冷後、反応液を濾過し、濾物をエタノールで洗浄し、真空乾燥させ、MTBiBzImH0.262gを得た。Under an argon atmosphere, a 100 mL two-necked flask was charged with 4- (5-methylthiophen-2-yl) -1,2-diaminobenzene (0.535 g, 2.618 mmol), methyl 2,2,2-trichloroacetimate ( 0.245 g, 1.387 mmol) and 25 mL of ethanol were added for deaeration. Thereafter, the mixture was refluxed for 28 hours. After allowing to cool, the reaction mixture was filtered, and the residue was washed with ethanol and dried in vacuo to give 0.262 g of MTBiBzImH 2 .

(二核ルテニウム錯体色素(B1a)の合成)
アルゴン雰囲気下、100mLの三口フラスコにジクロロ−p−シメンルテニウムダイマー(0.100g,0.163mmol)、BisBiTbpy(0.158g,0.326mmol)及びN,N−ジメチルホルムアミド50mLを加えて脱気した。その後、60℃で4時間反応させた。
(Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1a))
Under an argon atmosphere, dichloro-p-cymene ruthenium dimer (0.100 g, 0.163 mmol), BisBiTbpy (0.158 g, 0.326 mmol) and 50 mL of N, N-dimethylformamide were added and degassed in a 100 mL three-necked flask. . Then, it was made to react at 60 degreeC for 4 hours.

反応液を放冷後、Hdcbpy(0.08g,0.328mmol)を加え、再び脱気した後、140℃で9時間反応させた。反応液を放冷後、1mol/L水酸化ナトリウムを0.660mL、[Ru(phen)(MTBiBzIm)](0.262g,0.295mmol)を加え、170℃で4時間反応させた。The reaction solution was allowed to cool, H 2 dcbpy (0.08 g, 0.328 mmol) was added, the mixture was deaerated again, and reacted at 140 ° C. for 9 hours. After allowing the reaction liquid to cool, 0.660 mL of 1 mol / L sodium hydroxide and [Ru (phen) 2 (MTBiBzIm)] (0.262 g, 0.295 mmol) were added and reacted at 170 ° C. for 4 hours.

得られた反応液を濾過し、濾液を減圧濃縮、真空乾燥させ、ODSカラムクロマトグラフィーで精製後、減圧濃縮し、真空乾燥した。精製物をメタノール30mL、0.03mLの0.5mol/Lヘキサフルオロリン酸水溶液で溶解させ、pH2のヘキサフルオロリン酸水溶液30mLで沈殿を生成させた。沈殿物を濾過し、濾物をpH2のヘキサフルオロリン酸水溶液で洗浄後、真空乾燥させ、二核ルテニウム錯体色素(B1a)0.059gを得た。   The resulting reaction solution was filtered, and the filtrate was concentrated under reduced pressure and dried under vacuum, purified by ODS column chromatography, concentrated under reduced pressure, and dried under vacuum. The purified product was dissolved in 30 mL of methanol and 0.03 mL of 0.5 mol / L hexafluorophosphoric acid aqueous solution, and a precipitate was produced in 30 mL of pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution. The precipitate was filtered, and the residue was washed with a pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution and then vacuum-dried to obtain 0.059 g of a binuclear ruthenium complex dye (B1a).

この二核ルテニウム錯体色素の代表構造であるプロトンが解離していない構造を式(B1a)に示す。当該錯体色素は、カルボキシル基の1又は複数のプロトンが解離しているものもある。又、5−メチルチオフェン−2−イル基の位置による異性体もある。   A structure in which protons that are representative structures of the dinuclear ruthenium complex dye are not dissociated is shown in Formula (B1a). Some of the complex dyes have one or more protons of the carboxyl group dissociated. There are also isomers depending on the position of the 5-methylthiophen-2-yl group.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

実施例B1b(二核ルテニウム錯体色素(B1b)の合成)
([Ru(dtBubpy)Cl]の合成)
1000mLの三口フラスコに[Ru(cod)Cl(2.999g,10.70mmol)、dtBubpy(5.755g,21.44mmol)及びN,N−ジメチルホルムアミド300mLを加えて脱気した。その後、2.45GHzのマイクロ波照射下にて攪拌しながら34分間還流させた。反応液を放冷後、濾過し、濾液を減圧濃縮、真空乾燥後、乾燥物にN,N−ジメチルホルムアミド20mL、ジエチルエーテル250mLを加え、室温下で30分間攪拌させた。攪拌させた懸濁液を濾過し、濾物をジエチルエーテル、水で洗浄し、真空乾燥させ、[Ru(dtBubpy)Cl]7.027gを得た。
Example B1b (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1b))
(Synthesis of [Ru (dtBubpy) 2 Cl 2 ])
1000mL of a three-necked flask [Ru (cod) Cl 2] n (2.999g, 10.70mmol), dtBubpy (5.755g, 21.44mmol) and N, was degassed by the addition of N- dimethylformamide 300 mL. Thereafter, the mixture was refluxed for 34 minutes with stirring under microwave irradiation at 2.45 GHz. The reaction solution was allowed to cool and then filtered. The filtrate was concentrated under reduced pressure and dried under vacuum, and then 20 mL of N, N-dimethylformamide and 250 mL of diethyl ether were added to the dried product, followed by stirring at room temperature for 30 minutes. The stirred suspension was filtered, and the residue was washed with diethyl ether and water and dried in vacuo to give 7.027 g of [Ru (dtBubpy) 2 Cl 2 ].

([Ru(dtBubpy)(MTBiBzImH)]の合成)
アルゴン雰囲気下、100mLの三口フラスコに[Ru(dtBubpy)Cl](0.351g,0.495mmol)、MTBiBzImH(0.254g,0.595mmol)及びエチレングリコール21mLを加えて脱気した。その後、2.45GHzのマイクロ波照射下にて攪拌しながら14分間還流させた。反応液を放冷後、エタノールを10mL,水を12mL加え、濾過した。濾液に1.3mol/Lヘキサフルオロリン酸アンモニウム水溶液を1.5mL加え、沈殿を生成させた。沈殿物を濾過し、濾物を真空乾燥させ、[Ru(dtBubpy)(MTBiBzImH)](PF0.590gを得た。
(Synthesis of [Ru (dtBubpy) 2 (MTBiBzImH 2 )])
Under an argon atmosphere, [Ru (dtBubpy) 2 Cl 2 ] (0.351 g, 0.495 mmol), MTBiBzImH 2 (0.254 g, 0.595 mmol) and 21 mL of ethylene glycol were deaerated in a 100 mL three-necked flask. Thereafter, the mixture was refluxed for 14 minutes with stirring under microwave irradiation of 2.45 GHz. After allowing the reaction solution to cool, 10 mL of ethanol and 12 mL of water were added and filtered. 1.5 mL of 1.3 mol / L ammonium hexafluorophosphate aqueous solution was added to the filtrate to produce a precipitate. The precipitate was filtered, and the filtrate was vacuum-dried to obtain 0.590 g of [Ru (dtBubpy) 2 (MTBiBzImH 2 )] (PF 6 ) 2 .

(二核ルテニウム錯体色素(B1b)の合成)
アルゴン雰囲気下、300mLの三口フラスコにジクロロ−p−シメンルテニウムダイマー(0.124g,0.203mmol)、BisBiTbpy(0.197g,0.406mmol)及びN,N−ジメチルホルムアミド62mLを加えて脱気した。その後、60℃で4.5時間反応させた。反応液を放冷後、Hdcbpy(0.101g,0.411mmol)を加え、再び脱気した後、140℃で9時間反応させた。反応液を放冷後、1mol/L水酸化ナトリウムを1.420mL、[Ru(dtBubpy)(MTBiBzImH)](PF(0.375g,0.277mmol)を加え、170℃で11時間反応させた。得られた反応液を濾過し、濾液を減圧濃縮し、ODSカラムクロマトグラフィーで精製後、減圧濃縮、真空乾燥後、メタノール100mL、1mLの0.5mol/Lヘキサフルオロリン酸水溶液で溶解させ、pH2のヘキサフルオロリン酸水溶液100mLで沈殿を生成させた。沈殿物を濾過し、濾物をpH2のヘキサフルオロリン酸水溶液で洗浄後、真空乾燥させ、二核ルテニウム錯体色素(B1b)0.312gを得た。
(Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1b))
Under an argon atmosphere, dichloro-p-cymene ruthenium dimer (0.124 g, 0.203 mmol), BisBiTbpy (0.197 g, 0.406 mmol), and 62 mL of N, N-dimethylformamide were degassed in a 300 mL three-necked flask. . Then, it was made to react at 60 degreeC for 4.5 hours. The reaction solution was allowed to cool, H 2 dcbpy (0.101 g, 0.411 mmol) was added, the mixture was degassed again, and reacted at 140 ° C. for 9 hours. After allowing the reaction liquid to cool, 1.420 mL of 1 mol / L sodium hydroxide and [Ru (dtBubpy) 2 (MTBiBzImH 2 )] (PF 6 ) 2 (0.375 g, 0.277 mmol) were added, and 11 at 170 ° C. Reacted for hours. The resulting reaction solution was filtered, the filtrate was concentrated under reduced pressure, purified by ODS column chromatography, concentrated under reduced pressure, dried in vacuo, dissolved in 100 mL of methanol, 1 mL of 0.5 mol / L hexafluorophosphate aqueous solution, pH 2 A precipitate was formed with 100 mL of an aqueous hexafluorophosphoric acid solution. The precipitate was filtered, and the residue was washed with a pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution and then vacuum-dried to obtain 0.312 g of a binuclear ruthenium complex dye (B1b).

この二核ルテニウム錯体色素の代表構造であるプロトンが解離していない構造を式(B1b)に示す。当該錯体色素は、カルボキシル基の1又は複数のプロトンが解離しているものもある。又、5−メチルチオフェン−2−イル基の位置による異性体もある。   A structure in which protons which are representative structures of the dinuclear ruthenium complex dye are not dissociated is shown in Formula (B1b). Some of the complex dyes have one or more protons of the carboxyl group dissociated. There are also isomers depending on the position of the 5-methylthiophen-2-yl group.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

実施例B1c(二核ルテニウム錯体色素(B1c)の合成)
(BisBzTbpyの合成)
アルゴン雰囲気下、200mL三口フラスコにベンゾ[b]チオフェン−2−イルボロン酸(2.417g,13.58mmol)、4,4’−ジブロモ−2,2’−ビピリジン(2.004g,6.383mmol)、炭酸カリウム(7.005g,50.68mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド50mLを加えて脱気した。その後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.725g,0.627mmol)を加え、脱気した。その後、100℃で23.5時間反応させた。放冷後、反応液を濾過し、濾物をN,N−ジメチルホルムアミド、水、メタノールで洗浄し、真空乾燥させ、BisBzTbpy1.622gを得た。
Example B1c (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1c))
(Synthesis of BisBzTbpy)
Benzo [b] thiophen-2-ylboronic acid (2.417 g, 13.58 mmol), 4,4′-dibromo-2,2′-bipyridine (2.004 g, 6.383 mmol) in a 200 mL three-necked flask under an argon atmosphere , Potassium carbonate (7.005 g, 50.68 mmol) and 50 mL of N, N-dimethylformamide were added for deaeration. Then, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.725 g, 0.627 mmol) was added and deaerated. Then, it was made to react at 100 degreeC for 23.5 hours. After allowing to cool, the reaction mixture was filtered, and the residue was washed with N, N-dimethylformamide, water and methanol and dried in vacuo to give BisBzTbpy 1.622 g.

(二核ルテニウム錯体色素(B1c)の合成)
アルゴン雰囲気下、300mLの三口フラスコにジクロロ−p−シメンルテニウムダイマー(0.124g,0.203mmol)、BisBzTbpy(0.707g,0.406mmol)及びN,N−ジメチルホルムアミド60mLを加えて脱気した。その後、100℃で3時間反応させた。
(Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1c))
Under an argon atmosphere, a 300 mL three-necked flask was degassed by adding dichloro-p-cymene ruthenium dimer (0.124 g, 0.203 mmol), BisBzTbpy (0.707 g, 0.406 mmol) and N, N-dimethylformamide 60 mL. . Then, it was made to react at 100 degreeC for 3 hours.

反応液を放冷後、Hdcbpy(0.100g,0.412mmol)を加え、再び脱気した後、140℃で9時間反応させた。反応液を放冷後、1mol/L水酸化ナトリウムを1.42mL、[Ru(phen)(BiBzIm)](0.192g,0.277mmol)を加え、170℃で4.5時間反応させた。The reaction solution was allowed to cool, H 2 dcbpy (0.100 g, 0.412 mmol) was added, the mixture was degassed again, and reacted at 140 ° C. for 9 hours. After allowing the reaction liquid to cool, 1.42 mL of 1 mol / L sodium hydroxide and [Ru (phen) 2 (BiBzIm)] (0.192 g, 0.277 mmol) were added and reacted at 170 ° C. for 4.5 hours. .

得られた反応液を濾過し、濾物をN,N−ジメチルホルムアミドで洗浄後、真空乾燥させた。乾燥させた試料をODSカラムクロマトグラフィーで精製後、減圧濃縮、真空乾燥後、50mLのメタノール、0.5mLの0.5mol/Lヘキサフルオロリン酸水溶液で溶解させ、pH2のヘキサフルオロリン酸水溶液50mLで沈殿させた。沈殿物を濾過し、濾物をpH2のヘキサフルオロリン酸水溶液で洗浄後、真空乾燥させ、二核ルテニウム錯体色素(B1c)0.055gを得た。   The resulting reaction solution was filtered, and the residue was washed with N, N-dimethylformamide and then vacuum dried. The dried sample is purified by ODS column chromatography, concentrated under reduced pressure, vacuum dried, dissolved in 50 mL methanol, 0.5 mL 0.5 mol / L hexafluorophosphoric acid aqueous solution, and pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution 50 mL. It was precipitated with. The precipitate was filtered, and the residue was washed with a pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution and then vacuum-dried to obtain 0.055 g of a binuclear ruthenium complex dye (B1c).

この二核ルテニウム錯体色素の代表構造であるプロトンが解離していない構造を式(B1c)に示す。当該錯体色素は、カルボキシル基の1又は複数のプロトンが解離しているものもある。   A structure in which protons which are representative structures of the dinuclear ruthenium complex dye are not dissociated is shown in Formula (B1c). Some of the complex dyes have one or more protons of the carboxyl group dissociated.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

実施例B1d(二核ルテニウム錯体色素(B1d)の合成)
アルゴン雰囲気下、100mLの三口フラスコにジクロロ−p−シメンルテニウムダイマー(0.100g,0.163mmol)、BisBiTbpy(0.158g,0.326mmol)及びN,N−ジメチルホルムアミド50mLを加えて脱気した。その後、60℃で4時間反応させた。
Example B1d (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B1d))
Under an argon atmosphere, dichloro-p-cymene ruthenium dimer (0.100 g, 0.163 mmol), BisBiTbpy (0.158 g, 0.326 mmol) and 50 mL of N, N-dimethylformamide were added and degassed in a 100 mL three-necked flask. . Then, it was made to react at 60 degreeC for 4 hours.

反応液を放冷後、Hdcbpy(0.080g,0.328mmol)を加え、再び脱気した後、140℃で9時間反応させた。反応液を放冷後、1mol/L水酸化ナトリウムを0.660mL、[Ru(phen)(BiBzIm)](0.206g,0.297mmol)を加え、170℃で4時間反応させた。The reaction solution was allowed to cool, H 2 dcbpy (0.080 g, 0.328 mmol) was added, the mixture was deaerated again, and reacted at 140 ° C. for 9 hours. After allowing the reaction solution to cool, 0.660 mL of 1 mol / L sodium hydroxide and [Ru (phen) 2 (BiBzIm)] (0.206 g, 0.297 mmol) were added and reacted at 170 ° C. for 4 hours.

得られた反応液を濾過し、濾物をN,N−ジメチルホルムアミドで洗浄後、真空乾燥させた。乾燥させた試料をODSカラムクロマトグラフィーで精製後、減圧濃縮、真空乾燥後、70mLのメタノール、0.7mLの0.5mol/Lヘキサフルオロリン酸水溶液で溶解させ、pH2のヘキサフルオロリン酸水溶液100mLで沈殿させた。沈殿物を濾過し、濾物をpH2のヘキサフルオロリン酸水溶液で洗浄後、真空乾燥させ、二核ルテニウム錯体色素(B1d)0.049gを得た。   The resulting reaction solution was filtered, and the residue was washed with N, N-dimethylformamide and then vacuum dried. The dried sample is purified by ODS column chromatography, concentrated under reduced pressure, vacuum dried, dissolved in 70 mL methanol, 0.7 mL 0.5 mol / L hexafluorophosphoric acid aqueous solution, and pH 2 hexafluorophosphoric acid aqueous solution 100 mL. It was precipitated with. The precipitate was filtered, and the filtrate was washed with a hexafluorophosphoric acid aqueous solution having a pH of 2, and then vacuum-dried to obtain 0.049 g of a binuclear ruthenium complex dye (B1d).

この二核ルテニウム錯体色素の代表構造であるプロトンが解離していない構造を式(B1d)に示す。当該錯体色素は、カルボキシル基の1又は複数のプロトンが解離しているものもある。   A structure in which protons that are representative structures of the dinuclear ruthenium complex dye are not dissociated is shown in Formula (B1d). Some of the complex dyes have one or more protons of the carboxyl group dissociated.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

参考例B1(二核ルテニウム錯体色素(B3)の合成)
既知の方法で二核ルテニウム錯体色素(B3)を合成した。
Reference Example B1 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (B3))
A dinuclear ruthenium complex dye (B3) was synthesized by a known method.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

実施例B3−1(多孔質チタニア電極の作製)
触媒化成製のチタニアペーストPST−18NRを透明層に、PST−400Cを拡散層に用い、旭硝子株式会社製透明導電性ガラス電極上にスクリーン印刷機を用いて塗布した。得られた膜を25℃、相対湿度60%の雰囲気下で5分間エージングし、このエージングした膜を450℃で30分間焼成した。冷却した膜に対し、同じ作業を所定の厚みになるまで繰り返し、16mmの多孔質チタニア電極を作製した。
Example B3-1 (Preparation of porous titania electrode)
The catalyst chemical titania paste PST-18NR was applied to the transparent layer, and PST-400C was applied to the diffusion layer, and applied onto a transparent conductive glass electrode manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. using a screen printer. The obtained film was aged for 5 minutes in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 60%, and the aged film was baked at 450 ° C. for 30 minutes. The same operation was repeated on the cooled membrane until a predetermined thickness was obtained, thereby producing a 16 mm 2 porous titania electrode.

実施例B3−2(色素を吸着した多孔質チタニア電極の作製)
二核ルテニウム錯体色素の0.2mmol/l色素溶液(溶媒:2−プロパノール)に多孔質チタニア電極を30℃で所定の時間浸漬し、乾燥して色素吸着多孔質チタニア電極を得た。
Example B3-2 (Preparation of porous titania electrode adsorbed with dye)
A porous titania electrode was immersed in a 0.2 mmol / l dye solution (solvent: 2-propanol) of a dinuclear ruthenium complex dye at 30 ° C. for a predetermined time and dried to obtain a dye-adsorbing porous titania electrode.

実施例B3−3(光化学電池の作製)
以上のようにして得られた色素吸着多孔質チタニア電極と白金板(対極)を重ね合わせた。次に、電解質溶液(ガンマ−ブチロラクトンに1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、ヨウ素、及びテトラブチルアンモニウムテトラシアノボレートをそれぞれ0.6mol/l、0.05mol/l、0.5mol/lとなるように溶解したもの)を両電極の隙間に毛細管現象を利用して染み込ませることにより光化学電池を作製した。
Example B3-3 (Production of Photochemical Battery)
The dye adsorbing porous titania electrode obtained as described above and a platinum plate (counter electrode) were superposed. Next, an electrolyte solution (gamma-butyrolactone and 1-methyl-3-propylimidazolium iodide, iodine, and tetrabutylammonium tetracyanoborate were added at 0.6 mol / l, 0.05 mol / l, and 0.5 mol / l, respectively. A photochemical battery was prepared by soaking the gap between the two electrodes using a capillary phenomenon.

実施例B3−4(光化学電池の評価)
得られた光化学電池の光電変換効率に含まれる電流密度を英弘精機株式会社製のソーラーシュミレーターを用い、100mW/cmの擬似太陽光を照射し測定した。
Example B3-4 (Evaluation of Photochemical Battery)
The current density included in the photoelectric conversion efficiency of the obtained photochemical battery was measured by irradiating 100 mW / cm 2 of artificial sunlight using a solar simulator manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.

その結果、電流密度(mA/cm)は、以下の通りであった。
二核ルテニウム錯体色素(B1a);11.78mA/cm
二核ルテニウム錯体色素(B1b);13.01mA/cm
二核ルテニウム錯体色素(B1c);13.82mA/cm
二核ルテニウム錯体色素(B1d);13.91mA/cm
二核ルテニウム錯体色素(B3);11.27mA/cm
As a result, the current density (mA / cm 2 ) was as follows.
Dinuclear ruthenium complex dye (B1a); 11.78 mA / cm 2
Dinuclear ruthenium complex dye (B1b); 13.01 mA / cm 2
Dinuclear ruthenium complex dye (B1c); 13.82 mA / cm 2
Dinuclear ruthenium complex dye (B1d); 13.91 mA / cm 2
Dinuclear ruthenium complex dye (B3); 11.27 mA / cm 2

その結果、本発明の二核ルテニウム錯体色素(B1a)〜(B1d)は、参考例B1の既存の二核ルテニウム錯体色素(B3)と比べて、電流密度が0.5〜2.6mA/cm程度高くなっていた。このことより、本発明の二核ルテニウム錯体色素は、より高い性能の光化学電池を製造するための色素となり得ることが判明した。As a result, the binuclear ruthenium complex dyes (B1a) to (B1d) of the present invention have a current density of 0.5 to 2.6 mA / cm as compared with the existing binuclear ruthenium complex dye (B3) of Reference Example B1. It was about 2 higher. From this, it was found that the dinuclear ruthenium complex dye of the present invention can be a dye for producing a photochemical battery with higher performance.

合成例C1(二核ルテニウム錯体色素(A−2)の合成)
実施例B1dと同様にして二核ルテニウム錯体色素(A−2)[二核ルテニウム錯体色素(B1d)]を合成した。
Synthesis Example C1 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A-2))
A binuclear ruthenium complex dye (A-2) [binuclear ruthenium complex dye (B1d)] was synthesized in the same manner as in Example B1d.

合成例C2(二核ルテニウム錯体色素(A−3)の合成)
実施例B1bと同様にして二核ルテニウム錯体色素(A−3)[二核ルテニウム錯体色素(B1b)]を合成した。
Synthesis Example C2 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A-3))
The dinuclear ruthenium complex dye (A-3) [binuclear ruthenium complex dye (B1b)] was synthesized in the same manner as in Example B1b.

合成例C3(二核ルテニウム錯体色素(A−4)の合成)
実施例B1aと同様にして二核ルテニウム錯体色素(A−4)[二核ルテニウム錯体色素(B1a)]を合成した。
Synthesis Example C3 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A-4))
A dinuclear ruthenium complex dye (A-4) [binuclear ruthenium complex dye (B1a)] was synthesized in the same manner as in Example B1a.

合成例C4(二核ルテニウム錯体色素(A−5)の合成)
実施例B1cと同様にして二核ルテニウム錯体色素(A−5)[二核ルテニウム錯体色素(B1c)]を合成した。
Synthesis Example C4 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A-5))
In the same manner as in Example B1c, a binuclear ruthenium complex dye (A-5) [binuclear ruthenium complex dye (B1c)] was synthesized.

実施例C1(光電変換効率の評価)
(多孔質チタニア電極の作製)
チタニアペーストPST−18NR(日揮触媒化成株式会社製)を透明層に、PST−400C(日揮触媒化成株式会社製)を拡散層に用い、透明導電性ガラス電極(旭硝子株式会社製)の上に、スクリーン印刷機を用いて塗布した。得られた膜を25℃、相対湿度60%の雰囲気下で5分間エージングし、このエージングした膜を440〜460℃で30分間焼成した。この操作を繰り返すことで、16mmの多孔質チタニア電極を作製した。
Example C1 (Evaluation of photoelectric conversion efficiency)
(Preparation of porous titania electrode)
Using titania paste PST-18NR (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) for the transparent layer and PST-400C (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) for the diffusion layer, on the transparent conductive glass electrode (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) It was applied using a screen printer. The obtained film was aged for 5 minutes in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 60%, and the aged film was baked at 440 to 460 ° C. for 30 minutes. By repeating this operation, a 16 mm 2 porous titania electrode was produced.

(色素を吸着した多孔質チタニア電極の作製)
t−ブタノール/アセトニトリル(=1:1(容量比))の混合溶媒に、二核ルテニウム錯体色素(A−2)を加えて当該二核ルテニウム錯体色素の飽和色素溶液を調製した。次いで、この飽和色素溶液に、多孔質チタニア電極を、内温30℃の恒温器中で5時間浸漬し、色素を吸着した多孔質チタニア電極を作製した。
(Preparation of porous titania electrode adsorbed with dye)
A dinuclear ruthenium complex dye (A-2) was added to a mixed solvent of t-butanol / acetonitrile (= 1: 1 (volume ratio)) to prepare a saturated dye solution of the dinuclear ruthenium complex dye. Subsequently, the porous titania electrode was immersed in this saturated dye solution for 5 hours in a thermostatic chamber with an internal temperature of 30 ° C. to produce a porous titania electrode adsorbing the dye.

(光化学電池の作製)
得られた色素吸着多孔質チタニア電極と白金板(対極)を重ね合わせた。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイト(イオン液体)と、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイドおよびヨウ素(レドックス対)とから、ヨウ化物イオンの濃度が1.0mol/lの電解質溶液を調製した。得られた電解質溶液を両電極の隙間に毛細管現象を利用して染み込ませることによって光化学電池を作製した。作製した光化学電池の変換効率は3.7%であった。
(Production of photochemical battery)
The obtained dye-adsorbing porous titania electrode and a platinum plate (counter electrode) were superposed. Further, from 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (ionic liquid), 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and iodine (redox couple), the concentration of iodide ion is 1.0 mol / 1 electrolyte solution was prepared. A photochemical battery was produced by impregnating the obtained electrolyte solution into the gap between both electrodes using capillary action. The conversion efficiency of the produced photochemical battery was 3.7%.

実施例C2〜C12、参考例C1〜C4、比較例C1〜C12(光電変換効率の評価)
実施例C1において、二核ルテニウム錯体色素、イオン液体を表1に示す通りに変えたこと以外は、実施例C1と同様に光化学電池を作製し、変換効率を測定した。比較例C1〜C12における二核ルテニウム錯体(B−1)、(B−2)および(B−3)は以下の化合物である。それらの結果を表1に合わせて示す。
Examples C2-C12, Reference Examples C1-C4, Comparative Examples C1-C12 (Evaluation of Photoelectric Conversion Efficiency)
A photochemical battery was prepared in the same manner as in Example C1 except that the dinuclear ruthenium complex dye and the ionic liquid were changed as shown in Table 1 in Example C1, and the conversion efficiency was measured. The dinuclear ruthenium complexes (B-1), (B-2) and (B-3) in Comparative Examples C1 to C12 are the following compounds. The results are also shown in Table 1.

Figure 2013089194
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Figure 2013089194
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各二核ルテニウム錯体色素と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルフォニルイミドの組み合わせでの変換効率を100とした時における各組み合わせでの変換効率を表2に示す。   Table 2 shows the conversion efficiency of each combination when the conversion efficiency of each binuclear ruthenium complex dye and 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethylsulfonylimide is 100.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

以上の結果から、本発明の特定の二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子と特定のイオン液体を主成分とする電解質溶液とを備えた光化学電池が高い変換効率を示すことが分かる。   From the above results, it can be seen that a photochemical cell including semiconductor fine particles sensitized by the specific dinuclear ruthenium complex dye of the present invention and an electrolyte solution containing a specific ionic liquid as a main component exhibits high conversion efficiency.

合成例D1(二核ルテニウム錯体色素(A−7)の合成)
国際公開第2011/115137号の実施例B4と同様にして二核ルテニウム錯体色素(A−7)を合成した。
Synthesis Example D1 (Synthesis of dinuclear ruthenium complex dye (A-7))
A dinuclear ruthenium complex dye (A-7) was synthesized in the same manner as in Example B4 of International Publication No. 2011/115137.

実施例D1(光電変換効率の評価)
(多孔質チタニア電極の作製)
チタニアペーストPST−18NR(日揮触媒化成株式会社製)を透明層に、PST−400C(日揮触媒化成株式会社製)を拡散層に用い、透明導電性ガラス電極(旭硝子株式会社製)の上に、スクリーン印刷機を用いて塗布した。得られた膜を25℃、相対湿度60%の雰囲気下で5分間エージングし、このエージングした膜を440〜460℃で30分間焼成した。この操作を繰り返すことで、16mmの多孔質チタニア電極を作製した。
Example D1 (Evaluation of photoelectric conversion efficiency)
(Preparation of porous titania electrode)
Using titania paste PST-18NR (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) for the transparent layer and PST-400C (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) for the diffusion layer, on the transparent conductive glass electrode (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) It was applied using a screen printer. The obtained film was aged for 5 minutes in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 60%, and the aged film was baked at 440 to 460 ° C. for 30 minutes. By repeating this operation, a 16 mm 2 porous titania electrode was produced.

(色素を吸着した多孔質チタニア電極の作製)
t−ブタノール/アセトニトリル(=1:1(容量比))の混合溶媒に、二核ルテニウム錯体色素(A−7)を加えて当該二核ルテニウム錯体色素の飽和色素溶液を調製した。次いで、この飽和色素溶液に、多孔質チタニア電極を、内温30℃の恒温器中で5時間浸漬し、色素を吸着した多孔質チタニア電極を作製した。
(Preparation of porous titania electrode adsorbed with dye)
A dinuclear ruthenium complex dye (A-7) was added to a mixed solvent of t-butanol / acetonitrile (= 1: 1 (volume ratio)) to prepare a saturated dye solution of the dinuclear ruthenium complex dye. Subsequently, the porous titania electrode was immersed in this saturated dye solution for 5 hours in a thermostatic chamber with an internal temperature of 30 ° C. to produce a porous titania electrode adsorbing the dye.

(光化学電池の作製)
得られた色素吸着多孔質チタニア電極と白金板(対極)を重ね合わせた。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムエチルスルフェイト(イオン液体)と、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイドおよびヨウ素(レドックス対)とから、ヨウ化物イオンの濃度が1.0mol/lの電解質溶液を調製した。得られた電解質溶液を両電極の隙間に毛細管現象を利用して染み込ませることによって光化学電池を作製した。作製した光化学電池の変換効率は4.0%であった。
(Production of photochemical battery)
The obtained dye-adsorbing porous titania electrode and a platinum plate (counter electrode) were superposed. Further, from 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate (ionic liquid), 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide and iodine (redox couple), the concentration of iodide ion is 1.0 mol / 1 electrolyte solution was prepared. A photochemical battery was produced by impregnating the obtained electrolyte solution into the gap between both electrodes using capillary action. The conversion efficiency of the produced photochemical battery was 4.0%.

実施例D2〜D3、参考例D1、比較例D1〜D12(光電変換効率の評価)
実施例D1において、二核ルテニウム錯体色素、イオン液体を表3に示す通りに変えたこと以外は、実施例D1と同様に光化学電池を作製し、変換効率を測定した。比較例D1〜D12における二核ルテニウム錯体(B−1)、(B−2)および(B−3)は以下の化合物である。それらの結果を表3に合わせて示す。
Examples D2 to D3, Reference Example D1, Comparative Examples D1 to D12 (Evaluation of Photoelectric Conversion Efficiency)
A photochemical battery was prepared in the same manner as in Example D1 except that the dinuclear ruthenium complex dye and the ionic liquid were changed as shown in Table 3 in Example D1, and the conversion efficiency was measured. The dinuclear ruthenium complexes (B-1), (B-2) and (B-3) in Comparative Examples D1 to D12 are the following compounds. The results are also shown in Table 3.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

Figure 2013089194
Figure 2013089194

各二核ルテニウム錯体色素と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルフォニルイミドの組み合わせでの変換効率を100とした時における各組み合わせでの変換効率を表4に示す。   Table 4 shows the conversion efficiency of each combination when the conversion efficiency of each binuclear ruthenium complex dye and 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethylsulfonylimide is 100.

Figure 2013089194
Figure 2013089194

以上の結果から、本発明の特定の二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子と特定のイオン液体を主成分とする電解質溶液とを備えた光化学電池が高い変換効率を示すことが分かる。   From the above results, it can be seen that a photochemical cell including semiconductor fine particles sensitized by the specific dinuclear ruthenium complex dye of the present invention and an electrolyte solution containing a specific ionic liquid as a main component exhibits high conversion efficiency.

本発明により、より高い電流密度を有し、より高効率の光電変換素子、及び光化学電池を提供するための二核ルテニウム錯体色素を提供することができる。   According to the present invention, a binuclear ruthenium complex dye for providing a photoelectric conversion element and a photochemical battery having a higher current density and higher efficiency can be provided.

また、本発明により、当該二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子、及びイオン液体を主成分とする電解質溶液とを備えた、変換効率が高い光化学電池を提供することができる。なお、当該光化学電池は、安定性が極めて高く、高耐久性を有し、光電変換効率が高いために、実用化に適したものであると考えられる。   In addition, according to the present invention, a photochemical battery having high conversion efficiency, comprising semiconductor fine particles sensitized by the binuclear ruthenium complex dye and an electrolyte solution containing ionic liquid as a main component can be provided. The photochemical battery is considered to be suitable for practical use because it has extremely high stability, high durability, and high photoelectric conversion efficiency.

Claims (16)

一般式(1−1)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。
Figure 2013089194
(式中、R及びRは、それぞれ互いに独立に、置換基を有していても良いアリール基又はヘテロアリール基を示し、n及びmは0〜4の整数を示すが、nとmが同時に0となることはない。なお、n又はmが2以上の場合には、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
又、2つの
Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
A dinuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-1) (provided that one or a plurality of carboxyl groups (—COOH) protons (H + ) may be dissociated).
Figure 2013089194
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represent an aryl group or heteroaryl group which may have a substituent, and n and m represent an integer of 0 to 4, but n and m Are not simultaneously 0. When n or m is 2 or more, the plurality of R 1 and the plurality of R 2 may be the same or different, X represents a counter ion, and q Indicates the number of counter ions required to neutralize the charge of the complex.
And two
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )
一般式(1−2)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。
Figure 2013089194
(式中、R乃至Rは、それぞれ互いに独立に、置換基を有していても良いアリール基又はヘテロアリール基を示し、n、m、o及びpは0〜4の整数を示すが、n、m、o及びpが同時に0となることはない。なお、n、m、o又はpが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
又、2つの
Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
A binuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-2) (provided that the proton (H + ) of one or more carboxyl groups (—COOH) may be dissociated).
Figure 2013089194
(In the formula, R 1 to R 4 each independently represent an aryl group or a heteroaryl group which may have a substituent, and n, m, o and p each represent an integer of 0 to 4. , N, m, o, and p are not simultaneously 0. When n, m, o, or p is 2 or more, a plurality of R 1 , a plurality of R 2 , or a plurality of R 3 and a plurality of R 4 may be the same or different, X represents a counter ion, and q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.
And two
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )
一般式(1−1)中のR及びR、又は一般式(1−2)中のR乃至Rが、置換基を有していても良い、硫黄原子を含むヘテロアリール基である請求項1乃至2のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素。R 1 and R 2 in the general formula (1-1) or R 1 to R 4 in the general formula (1-2) are heteroaryl groups containing a sulfur atom that may have a substituent. The binuclear ruthenium complex dye according to any one of claims 1 to 2. 一般式(1−1)中のR及びR、又は一般式(1−2)中のR乃至Rが、置換基を有していても良い、チエニル基、ビチエニル基又はベンゾチエニル基である請求項3記載の二核ルテニウム錯体色素。R 1 and R 2 in the general formula (1-1), or R 1 to R 4 in the general formula (1-2) may have a substituent, a thienyl group, a bithienyl group, or a benzothienyl. The dinuclear ruthenium complex dye according to claim 3, which is a group.
Figure 2013089194
が、置換基を有していても良い、ビピリジル、ピリジルキノリン、ビキノリン又はフェナントロリンである請求項1乃至4のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素。
Figure 2013089194
Is bipyridyl, pyridylquinoline, biquinoline or phenanthroline which may have a substituent, The binuclear ruthenium complex dye according to any one of claims 1 to 4.
一般式(1−3)で示される二核ルテニウム錯体色素(但し、1又は複数のカルボキシル基(−COOH)のプロトン(H)は解離していても良い)。
Figure 2013089194
(式中、R乃至Rは、それぞれ互いに独立に、
Figure 2013089194
(式中、Rは炭素原子数1〜12のアルキル基、Zは炭素原子数6〜18のアリーレン基を示す。)
で表されるアルコキシアリーレンエテニル基を示し、s、t、u及びvは0〜4の整数を示すが、s、t、u及びvが同時に0となることはない。なお、s、t、u又はvが2以上の場合には、複数個のR、複数個のR、複数個のR及び複数個のRは同一でも異なっていても良い。Xは対イオンを示し、qは錯体の電荷を中和するのに必要な対イオンの数を示す。
又、2つの
Figure 2013089194
は、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、二座配位可能なキレート型配位子を示す。)
A binuclear ruthenium complex dye represented by the general formula (1-3) (provided that the protons (H + ) of one or more carboxyl groups (—COOH) may be dissociated).
Figure 2013089194
(Wherein R 6 to R 9 are independently of each other,
Figure 2013089194
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and Z represents an arylene group having 6 to 18 carbon atoms.)
And s, t, u and v each represent an integer of 0 to 4, but s, t, u and v are not 0 simultaneously. When s, t, u or v is 2 or more, the plurality of R 6 , the plurality of R 7 , the plurality of R 8 and the plurality of R 9 may be the same or different. X represents a counter ion, and q represents the number of counter ions necessary to neutralize the charge of the complex.
And two
Figure 2013089194
May be the same or different and each represents a chelate-type ligand capable of bidentate coordination independently of each other. )
Zが、フェニレン基である請求項6記載の二核ルテニウム錯体色素。   The dinuclear ruthenium complex dye according to claim 6, wherein Z is a phenylene group. 乃至Rが、ヘキシルオキシフェニレンエテニル基である請求項7記載の二核ルテニウム錯体色素。The binuclear ruthenium complex dye according to claim 7, wherein R 6 to R 9 are hexyloxyphenyleneethenyl groups.
Figure 2013089194
が、置換基を有していても良い、ビピリジル、ピリジルキノリン、ビキノリン又はフェナントロリンである請求項6乃至8のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素。
Figure 2013089194
Is bibiridyl, pyridylquinoline, biquinoline or phenanthroline, which may have a substituent, The binuclear ruthenium complex dye according to any one of claims 6 to 8.
請求項1乃至9のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素と半導体微粒子を含むことを特徴とする光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising the binuclear ruthenium complex dye according to claim 1 and semiconductor fine particles. 前記半導体微粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化スズからなる群より選ばれる少なくとも1種の半導体微粒子であることを特徴とする請求項10記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the semiconductor fine particles are at least one semiconductor fine particle selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide. 請求項10乃至11のいずれかに記載の光電変換素子を備えることを特徴とする光化学電池。   A photochemical battery comprising the photoelectric conversion element according to claim 10. 電極として請求項10乃至11のいずれかに記載の光電変換素子と対極とを有し、その間に電解質層を有することを特徴とする光化学電池。   12. A photochemical battery comprising the photoelectric conversion element according to claim 10 and a counter electrode as an electrode, and an electrolyte layer therebetween. 請求項1乃至9のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素を含む溶液に半導体微粒子を浸漬する工程を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。   A method for producing a photoelectric conversion element, comprising a step of immersing semiconductor fine particles in a solution containing the dinuclear ruthenium complex dye according to claim 1. 導電性支持体上に、半導体微粒子を含む半導体層を形成する工程と、
この半導体層を請求項1乃至9のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素を含む溶液に浸漬する工程と
を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
Forming a semiconductor layer containing semiconductor fine particles on a conductive support;
Dipping the semiconductor layer in a solution containing the binuclear ruthenium complex dye according to any one of claims 1 to 9.
請求項1乃至9のいずれかに記載の二核ルテニウム錯体色素により増感された半導体微粒子、及び
一般式(2)
Figure 2013089194
(式中、Yは、エチルスルフェイト、2−(2−メトキシ)エトキシエチルスルフェイト、又はトリフルオロメタンスルフォネートを示す。)
で示されるイオン液体を主成分とする電解質溶液
を備える光化学電池。
Semiconductor fine particles sensitized with the binuclear ruthenium complex dye according to any one of claims 1 to 9, and the general formula (2)
Figure 2013089194
(Wherein, Y - represents ethylsulfamoyl Fate, 2- (2-methoxy) ethoxyethyl sul fate, or trifluoromethane sulfonate.)
A photochemical battery comprising an electrolyte solution containing an ionic liquid as a main component.
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